Вопросы и задачи для самоконтроля

1. Что такое уровни по мощности, напряжению и току и как они связа­ны между собой?

2. Что такое относительный, абсолютный и измерительный уровни мощности, напряжению, току и как они связаны между собой?

3. Какой мощности, напряжению, току соответствует абсолютный уро­вень 0 дБ?

4. Что собой представляет прибор для измерения уровней передачи? Почему в целях измерений не применяются уровни передачи по току?

5. Как по диаграмме уровней определить защищенность?

6. Определить величины мощности и напряжения гармонического сиг­нала на сопротивлении R_H = 150 Ом, если известно, что уровень по мощности сигнала на этом сопротивлении р_м= - 7 дБм.Ответ: W_c = 0,2 мВт, U_c=173mB.

7. Напряжение гармонического испытательного сигнала, измеренное в ка­нале передачи на сопротивлении R_H = 75 Ом, составляет U_c = 1 мВ. Найти соответствующие этому напряжению абсолютные уров­ни по мощности и напряжению. Ответ: р_м = - 18,5 дБм, р_н = - 57,8 дБн.

8. На вход канала (тракта) передачи подается измерительный сигнал с уровнем р_вх = - 3,5 дБм. В некоторой точке канала (тракта) измерен­ный уровень этого сигнала равен р_х = - 10,5 дБм. Определить относи­тельный уровень сигнала в этой точке канала (тракта). Ответ: р_о = -7дБ.

9. Абсолютный уровень по мощности сигнала на выходе канала переда­чи в процессе его настройки был изменен по отношению к номиналь­ному уровню на величину = -10 дБ. Как изменятся при этом мощность этого сигнала на выходе канала? Ответ: мощность сиг­нала уменьшится в 10 раз.

Лекция 2 Первичные сигналы электросвязи Первичные сигналы электросвязи и их физические характеристики

Электрический сигнал, получаемый на выходе преобразователя сообщения (см. рис. 2, лекция 1), называется первичным сигна­лом электросвязи.

Параметр первичного сигнала «», изменение величины кото­рого однозначно отображает передаваемое сообщение, называется представляющим или информационным параметром. Таким параметром, например, может быть амплитуда, частота или фаза гармонического электрического сигнала; амплитуда, длительность или фаза импульсов периодической последовательности; структура и разрядность кодовых комбинаций и др.

Первичный сигнал в структуре телекоммуникационных систем и сетей (ТКСС) есть объект транспортировки, так как он должен быть передан по каналу от передатчика к приемнику. ТКСС представляет технику транспортирования сигнала, а телекоммуникационные сети - специфическую транспортную сеть. Поэтому для установ­ления соотношений между параметрами и характеристиками первич­ных сигналов и свойствами каналов передачи вводят такие параметры и характеристики первичных сигналов, которые просто измерить и по которым возможно определить условия их передачи с минимальными искажениями и максимально возможной защищен­ностью.

Первым таким параметром является длительность первич­ного сигнала Т_с, определяющая интервал времени, в пределах которого сигнал существует.

Следующим параметром первичного сигнала является его сред­няя мощность, определяемая выражением

(1)

где Т - период усреднения; если Т = 1 мин, то такая средняя мощ­ность называется среднеминутной мощностью, если Т = 1 ч, то речь идет о среднечасовой мощности и при Т1 ч говорят о долговре­менной средней мощности сигнала; R - сопротивление нагрузки, на которой определяется средняя мощность сигнала; U(t) - напряжение первичного сигнала.

Первичный сигнал характеризуется максимальной мощно­стью W_макс, под которой понимается мощность эквивалентного синусоидального сигнала с амплитудой U_m, которая превышается мгновенными значениями переменной составляющей сигнала U(t) с определенной малой вероятностью . Для различных видов сигналов значение принимается равным 10^-2, 10^-3 и даже 10^-5.

Средняя и максимальная мощности сигнала должны быть таки­ми, чтобы при прохождении сигнала по каналу передачи не превы­шались допустимые значения, обеспечивающие неискаженную передачу сигналов для правильного воспроизведения передавае­мого сообщения на приеме.

Минимальная мощность W_мин - это мощность эквивалентного синусоидального сигнала с амплитудой U_м, которая превышается мгновенным значением переменной составляющей сигнала U(t) с определенной вероятностью, которая обычно равна .

Возможный разброс мощностей первичного сигнала в конкретной точке канала характеризуется динамическим диапазоном D_c, под которым понимается отношение вида:

(2)

где W_макс - максимальная (пиковая) мощность и W_мин - минимальная мощность сигнала в одной и той же точке канала.

Превышение максимальной мощности сигнала средней мощно­сти называется пик-фактором Q_c, определяемым по формуле

(3)

Превышение средней мощности первичного сигнала W_cp средней мощности помехи W_n называется защищенностью, которая равна

(4)

Первичные сигналы электросвязи (непрерывные и дискретные) являются непериодическими функциями времени. Таким сигналам соответствует сплошной спектр, содержащий бесконечное число частотных составляющих. Однако всегда можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена основная энергия сиг­нала (не менее 90 %) и ширина которого равна

(5)

где F_мин - минимальная частота первичного сигнала; F_макс - макси­мальная частота первичного сигнала. Этот диапазон еще называют эффективно передаваемой полосой частот сигнала, устанав­ливаемой экспериментально, исходя из требований качества пере­дачи для конкретного вида первичных сигналов.

Произведение трех физических параметров первичного сигнала: длительности Т_с, динамического диапазона D_c и эффективно пере­даваемой полосы частот F_C, т.е.

(6)

называется объемом первичного сигнала.

Важным параметром первичного сигнала является его потенци­альный информационный объем или количество информации I_c, переносимое им в единицу времени и равное

(7)

где - коэффициент активности источника первичного сигнала (для телефонных сигналов берется равным 0,25...0,35, а для ос­тальных - 1); - эффективно передаваемая полоса частот, Гц; W_cp - средняя мощность первичного сигнала и W_n - средняя допус­тимая мощность помехи.

Классификация первичных сигналов разнообразна, но наиболь­шее применение нашла классификация по виду передаваемых сигналов и по виду передаваемых сообщений. Классификация по виду сигналов охватывает аналоговые, дискретные и цифровые сигналы, узкополосные и широкополосные.

Аналоговым (непрерывным) сигналом называется сигнал электросвязи, у которого величина представляющих (информацион­ных) параметров может принимать непрерывное множество состояний. Аналоговым сигналом может быть и импульсный сигнал, если один из его параметров (амплитуда, длительность, частота следова­ния, фаза) принимает бесчисленное множество состояний.

Дискретным называется сигнал электросвязи, у которого вели­чина одного из представляющих параметров квантуется, т.е. имеет счетное множество состояний.

Цифровым называется сигнал электросвязи, у которого счетное множество величин одного из представляющих параметров опи­сывается ограниченным набором кодовых комбинаций. Примерами таких сигналов являются: сигналы передачи данных и телеграфии, сигналы телеконтроля и телеуправления, телемеханики и др.

Если отношение граничных частот эффективно передаваемой полосы частот первичного сигнала , то такие сигналы называются узкополосными, а если , то такие сиг­налы называются широкополосными.

Классификация первичных сигналов по виду передаваемых со­общений охватывает телефонные (речевые) сигналы и сигналы звукового вещания, сигналы передачи данных и телеграфии, телевизионные сигналы и факсимильные сигналы, сигналы телемеханики, телеуправления и телеконтроля, являющиеся част­ным случаем сигналов передачи данных.

Телефонные (речевые) сигналы

Для понимания сущности физических параметров речевых, а потом и телефонных сигналов, рассмотрим процесс речеобразования.

В образовании звуков речи принимают участие легкие, гортань с голосовыми связками, образующими голосовую щель, область носоглотки, язык, зубы и губы. В процессе произнесения речи чело­век вдыхает воздух и наполняет им легкие, которые через бронхи продувают воздух в гортань и далее через вибрирующие голосовые связки в полость рта и носа.

Голосовые связки, то сжимая, то открывая голосовую щель, про­пускают воздух импульсами, частота следования которых называ­ется основным тоном. Частота основного тона лежит в пределах от 50...80 Гц (очень низкий голос - бас) до 200...250 Гц (женские и детские голоса).

Импульсы основного тона содержат большое число гармоник (до 40), амплитуда которых убывает с увеличением частоты со скоростью приблизительно 12 дБ на октаву. Например, амплитуда

составляющей импульсов основного тона с частотой 100 Гц на 12 дБ больше амплитуды ее второй гармоники - 200 Гц, которая, в свою очередь, на 12 дБ больше соответствующей ей второй гар­моники, т.е. 400 Гц, а вторая гармоника частоты 400 Гц будет на 12 дБ больше составляющей с частотой 800 Гц и т.д.

Импульсы воздуха встречают на своем пути систему резонато­ров, образуемых объемами полости рта и носоглотки, положением языка, зубов и губ и изменяющихся в процессе произнесения раз­личных звуков. Проходя через эту систему резонаторов, одни гар­монические составляющие импульсной последовательности основного тона получают усиление, а другие - ослабление. Карти­на спектра звука (гласного), излучаемого ртом, принимает вид, изображенный на рис. 1, где приняты следующие обозначения: р - уровни спектральных составляющих частоты основного тона; f₀ - частота основного тона; 1, 2, З...п - гармоники частоты основного тона.

Отметим, что частота основного тона меняется в значительных пределах при переходе от гласных звуков к согласным, и наоборот.

На рис. 1 ясно видны усиленные области частот, характерные для спектра конкретного звука. Эти усиленные области частот называются формантными областями или просто формантами. Звуки речи отличаются друг от друга числом формант и их распо­ложением в частотной области. Поскольку форманты значительно мощнее других составляющих, то они главным образом и воздейст­вуют на ухо слушающего, формируя звучание того или иного звука.

Разборчивость передаваемой речи зависит от того, какая часть формант доходит до уха слушающего без искажений и какая иска­зилась или по тем или иным причинам не была услышана. Пред­ставленный на рис. 1 вид спектра соответствует произнесению гласных звуков, обладающих заметной периодичностью. Многие согласные звуки непериодичны и их частотные спектры являются либо полностью сплошными, либо содержат в своем составе участ­ки сплошного спектра (штриховая линия на рис. 1).

Максимально в отдельных звуках замечено до шести усиленных частотных областей. Некоторые из них никакого значения для рас­познавания звуков не имеют, хотя и несут в себе довольно значи­тельную энергию. Спектральные исследования отдельных звуков русского языка отмечают наличие максимально четырех формант с условными максимумами на частотах 500 Гц (первая форманта), 1500 Гц (вторая форманта), 3500 Гц (третья форманта). Важными являются первые одна-две форманты (на оси частот) и исключение из передачи любой из них вызывает искажение передаваемого звука, превращая его в другой звук, либо вообще потерю им призна­ков человеческой речи. Первые три форманты звуков речи лежат в полосе частот от 300 до 3400 Гц, что и позволяет считать эту полосу частот вполне достаточной для обеспечения хорошей раз­борчивости передаваемой речи, сохранения естественности звуча­ния и тембра голоса, узнаваемости говорящего.

Рис. 1. Спектр формирования звука

Следовательно, эффективно передаваемая полоса частот теле­фонного сигнала может быть принята равной F_T = 0,3...3,4 кГц.

Исследования по определению минимальной, максимальной и средней мощностей телефонного сигнала с учетом характеристик микрофонов телефонных аппаратов, типов и характеристик абонент­ских и соединительных линий телефонных сетей, особенностей гово­рящих позволяют сделать следующие выводы:

при средней активности источника телефонного сигнала = 0,25...0,35 минимальная мощность телефонного сигнала в точке нулевого относительного уровня равна W_минT = 0,1 мкВт0;

средняя мощность телефонного сигнала в этой же точке на ин­тервалах активности источника равна W_cpT = 88 мкВт0;

максимальная мощность телефонного сигнала с вероятностью превышения в точке нулевого относительного уровня равна W_максT = 2220 мкВт0.

Согласно формулам (2 и 3), динамический диапазон и пик-фактор будут равны соответственно D_T = 43 дБ (в практических расчетах принимают D_T = 40 дБ) и Q_T = 14 дБ, что и берется при расчетах.

Для оценки количества информации, содержащейся в телефон­ном сигнале, воспользуемся формулой (7), подставив в нее следующие значения = 0,33, F_T = 3400 - 300 = 3100 Гц, W_cpT = = 88 мкВтО и мощность помехи W_n = 0,1 мкВтО (что вполне реально), получим I_Т = 10 000 бит/с.

Сигналы звукового вещания

Источниками первичных сигналов звукового вещания являются высококачественные микрофоны. Эти сигналы представляют чере­дование сигналов различного вида: речи (особо следует выделить речь дикторов), художественного чтения (сочетания речи и музыки), вокальных и инструментальных музыкальных произведений от сольного исполнения до симфонических оркестров.

Частотный спектр сигналов вещания занимает полосу частот от 15 (звук барабана) до 20 000 Гц. Однако в зависимости от требова­ний к качеству воспроизведения эффективно передаваемая полоса частот (ЭППЧ) F_зв , отводимая для передачи сигналов вещания, может быть значительно ограничена. Для достаточно высокого качества воспроизведения сигналов звукового вещания его ЭППЧ должна составлять 50... 10 000 Гц. Для получения безукоризненного воспроизведения программ вещания полоса частот сигнала веща­ния должна составлять 30... 15 000 Гц.

Значение средней мощности сигнала вещания W_{cp. зв} существенно зависит от интервала усреднения. В точке с нулевым относительным уровнем мощность сигнала составляет 923 мкВтО при усреднении за час, 2230 мкВтО - за минуту и 4500 мкВтО - за секунду. Максимальная мощность сигнала звукового вещания W_{макс. зв} в этой же точке состав­ляет 8000 мкВтО.

Динамический диапазон сигнала вещания D_зв весьма широк, так как должны быть переданы сигналы минимальной мощности (на­пример, шорох листьев в тихую летнюю ночь) и максималь­ной (например, рев моторов взлетающего лайнера), и достигает величины 100...110 дБ. Динамический диапазон речи диктора равен 25...35 дБ, художественного чтения - 40...50 дБ, небольших во­кальных и инструментальных ансамблей - 45...55 дБ, симфониче­ского оркестра - 60...65 дБ.

При определении динамического диапазона сигнала вещания максимальным считается такой его уровень мощности, вероятность превышения которого составляет 2 %, а минимальным - уровень, вероятность превышения которого равна 98 %.

Для качественной передачи сигналов звукового вещания и их восприятия обходятся динамическим диапазоном D_зв = 65 дБ.

Потенциальная информационная емкость сигнала звукового ве­щания при реальных значениях помех в зависимости от ширины ЭППЧ лежит в пределах 140...200 кбит/с.

Факсимильные сигналы

Факсимильная связь - вид электросвязи, обеспечивающей пере­дачу неподвижных изображений: фотографий, чертежей, текстов (в том числе и рукописных), газетных полос и др. Первичные фак­симильные сигналы получаются при помощи процесса электрооп­тической развертки неподвижного изображения, заключающегося в преобразовании светового потока, отражаемого элементами изображения, в электрические. Упрощенная схема одной модели формирования первичного факсимильного сигнала приведена на рис. 2.

Передаваемое изображение на листе соответствующего форма­та накладывается на барабан передающего факсимильного аппара­та, который находится на валу электрического двигателя Д; оптическая система передающего факсимильного аппарата, со­стоящая из осветительного элемента - ОЭ (светодиод, лазерный диод), системы оптических линз Л₁, Л₂, создает на поверхности изображения яркое световое пятно малого диаметра, которое пе­ремещается вдоль оси барабана.

При вращении барабана световое пятно по спирали обегает ба­рабан и, следовательно, сканирует все элементы изображения. Отраженный элементами изображения световой поток воздействует на фотоэлемент ФЭ, создавая в его цепи тем больший ток, чем светлее (белее) элемент изображения. В результате в цепи ФЭ получается пульсирующий ток , мгновенное значение которого определяется отражающей способностью элементов изображения.

Далее ток факсимильного сигнала поступает на «Передатчик», согласующий параметры сигнала с параметрами канала передачи и, следовательно, формирующий первичный факсимильный сигнал.

С выхода канала передачи факсимильный сигнал поступает в «Приемник» и затем на осветительный элемент - ОЭ (светодиод или лазерный диод) приемного факсимильного аппарата. Интенсив­ность светового потока ОЭ пропорциональна мгновенному значе­нию сигнала на выходе «Приемника». Пучок света фокусируется системой линз Л₃ и подается на барабан приемного аппарата, на котором закреплена светочувствительная бумага. Барабан прием­ного аппарата вращается синхронно и синфазно с барабаном пере­дающего аппарата. Световое пятно так же, как и в «Передатчике», перемещается вдоль оси барабана по светочувствительной бумаге и формирует копию передаваемого изображения.

Рис. 2. Структурная схема формирования и передачи факсимильного сигнала

Частотный спектр факсимильного сигнала определяется характе­ром передаваемого изображения, скоростью развертки (вращения барабана) и размером анализирующего светового пятна. Макси­мальная частота факсимильного сигнала получается при чередова­нии черных и белых полей изображения, ширина которых равна диаметру светового пятна. В этом случае частота сигнала

(12)

где D - диаметр барабана, мм; N- число оборотов барабана в минуту, об/мин; d- диаметр светового анализирующего пятна, мм.

Международным союзом электросвязи (МСЭ) рекомендованы сле­дующие параметры факсимильных аппаратов: N = 120, 90 и 60 об/мин; диаметр барабана D = 70 мм и диаметр светового пятна d= 0,15 мм. Соответственно из (8) получаем f_ф = 1465 Гц для N = 120 об/мин, f_ф = 1100 Гц для N = 90 об/мин и f_ф = 732 Гц для N = 60 об/мин. При передаче газетных полос частота сигнала достигает 180...250 кГц.

При передаче реальных изображений получается первичный сиг­нал сложной формы, энергетический спектр которого содержит частоты от 0 до f_ф. В зависимости от характера изображений они подразделяются на штриховые, содержащие две градации яркости, и полутоновые, число градаций которых определяется требова­ниями качества передачи факсимильного сообщения.

Динамический диапазон сигнала, соответствующего передаче полутоновых изображений, составляет приблизительно .

Пик-фактор факсимильного сигнала Q_ф определяется из соот­ношения

где U_макс.ф и U_ср.ф - максимальное и среднеквадратическое значе­ния напряжения факсимильного сигнала соответственно. Пик-фактор факсимильного сигнала определяется из следующих рассу­ждений. Предположим, что все градации яркости полутонового изображения равновероятны, т.е. появление I-й градации , где k - количество градаций яркости, обеспечивающих заданное качество передачи. Перенумеруем в порядке возрастания уровни сигнала, соответствующие различным градациям яркости таким обра­зом, что напряжение i-го уровня будет равно , а средне­квадратическое значение сигнала

Известно, что и поэтому

Следовательно,

(9)

При k = 16 пик-фактор факсимильного сигнала будет равен . Заметим, что увеличение числа градаций яркости мало влияет на рост пик-фактора. Несложно показать, что при пик-фактор стремится к величине Q_макс.ф = 4,8 дБ.

Динамический диапазон факсимильных сигналов, согласно вы­шеприведенным рассуждениям, будет равен

(10)

Необходимая защищенность полутоновых сигналов, как и штри­ховых, равна А_зф = 35 дБ. При этом потенциальная информацион­ная емкость факсимильных сигналов будет равна

(11)

где число градаций для штриховых изображений равно k =2.

Одним из важнейших видов факсимильной связи является переда­ча газет в пункты их печатания. Для этого используются специальные высокоскоростные факсимильные аппараты, обеспечивающие высо­кое качество копий за счет существенного увеличения четкости -уменьшения диаметра анализирующего пятна до 0,04...0,06 мм. Для типовой аппаратуры передачи газетных полос наивысшая частота сигнала достигает 180 кГц, а время передачи газетной полосы 2,3...2,5 мин. Изображение газетной полосы является штриховым, т.е. k=2. Информационная емкость такого сигнала, согласно (11), равна 360 кбит/с.

Телевизионные сигналы

Первичный телевизионный сигнал формируется методом элек­тронной развертки с помощью развертывающего луча телевизион­ной передающей трубки, преобразующей оптическое изображение в видеосигнал, или сигнал яркости.

Подвижное изображение передается в виде мгновенных фото­графий - кадров, сменяющих друг друга. Причем для создания эффекта плавного движения передается Z_K = 25 кадров в секунду. Каждый кадр разлагается на строки, число которых определяется установленными стандартами. В широко распространенном стан­дарте каждый кадр раскладывается на Z_c = 625 строк. Чтобы смена кадров на экране приемной телевизионной трубки (кинескопе) была незаметной (без мерцаний), число изображений должно составлять не менее 50 кадров в секунду. А это требует увеличения скорости развертки, что усложняет оборудование формирования и передачи телевизионных сигналов. Поэтому для устранения возможного мерцания каждый кадр передается в два этапа: сначала передают­ся только нечетные строки, а затем - четные. В результате на экра­не кинескопа создается кадр из двух изображений, называемых полями, или полукадрами. Число последних в секунду составляет 50, и смена изображений становится незаметной и, благодаря этому, формируется немерцающее изображение. Вследствие инерционности зрения передача 50-ти полукадров в секунду восприни­мается как слитное движущееся изображение.

На время смены строк и кадров развертывающий луч приемной трубки должен быть погашен. Для чего на управляющий элек­трод трубки подается напряжение, равное напряжению видеосигнала при передаче черного поля. Передающая телевизионная камера поэтому дополняется устройствами, которые доводят напряжение сигнала во время обратного хода луча до величины, соответствую­щей напряжению видеосигнала при передаче черного поля. Возни­кающие при этом импульсы напряжения называются гасящими импульсами.

Движение развертывающих лучей передающей и приемной те­левизионных трубок должно быть синхронным и синфазным. Для этого от передатчика телевизионного сигнала к его приемнику передаются синхронизующие импульсы: в моменты перехода луча от конца одной строки к началу следующей передаются им­пульсы строчной синхронизации, а в моменты перехода от конца каждого кадра (полукадра) к началу другого - импульсы кадровой синхронизации. Чтобы синхроимпульсы не создавали помех изображению, их передают в то время, когда луч кинескопа пога­шен, т.е. во время передачи гасящих импульсов.

Разделение синхронизирующих и гасящих импульсов в приемни­ке осуществляется по уровню: если гасящие импульсы передаются с уровнем, соответствующим уровню видеосигнала при передаче черного поля, то синхроимпульсы передаются с уровнем, соответ­ствующим уровню видеосигнала, который получался бы при пере­даче поля «чернее черного».

Обобщенная структурная схема формирования телевизионного сигнала приведена на рис. 3, где приняты следующие обозначения:

ГСР - генератор строчной развертки и ГКР - генератор кадровой развертки передающей и приемной телевизионных трубок; ГССИ -генератор строчных синхроимпульсов; ГКСИ - генератор кадровых синхроимпульсов; ЗГ - задающий генератор; ГСГИ - генератор строч­ных гасящих импульсов; ГКГИ - генератор кадровых гасящих импульсов; ВУ - видеоусилитель тракта передачи и тракта приема; Пер - передатчик телевизионных сигналов и сигналов звукового сопровождения; ЗС - оборудование формирования сигналов звуково­го сопровождения тракта передачи и тракта приема; КП - канал передачи; Прм - приемник телевизионных сигналов и сигналов звуко­вого сопровождения; ССИ селектор синхроимпульсов.

Рис. 3. Обобщенная структурная схема формирования телевизионного сигнала

Следовательно, первичный телевизионный сигнал, поступающий на вход передатчика телевизионного канала, представляет после­довательность импульсов с непрерывно изменяющейся амплитудой (напряжением). Эти импульсы повторяются с частотой следования строк F_c = Z_KZ_C = 25-625 = 15 625 Гц, а время передачи одной строки равно 1/F_C = Т_с = 64 мкс. В промежутках между ними передаются импульсы строчной и кадровой синхронизации, имеющие постоян­ные амплитуды.

Ширина спектра первичного телевизионного сигнала может быть определена следующим образом. Максимальная частота спектра соответствует передаче чередующихся черных и белых квадрат­ных элементов изображения. Вертикальный размер элементов определяется размером строки. Учитывая, что ширина кадра отно­сится к его высоте как 4/3, нетрудно определить число элементов М, содержащихся в одной строке: оно равно . Учитывая, что в секунду передается 25 кадров (50 полукадров, состоящих поочередно из четных и нечетных строк изображения), общее число элементов, передаваемое за секунду, будет равно 25М. Время передачи одного элемента, следовательно, будет равно . Максимальная частота спектра телеви­зионного сигнала будет равна . Таким образом, полагая нижнюю граничную частоту телевизионного спектра равной 50 Гц (частота смены полукадров), общая ширина спектра телевизионного сигнала принимается равной 50 Гц...6 МГц с учетом передачи сигналов звукового сопровождения.

Энергетический спектр телевизионного сигнала имеет дискрет­ный характер, максимумы энергии которого сосредоточены вблизи

гармоник частоты строк nF_c (л = 1, 2, 3,...). Однако практически вся энергия сигналов яркости сосредоточена в диапазоне от 0...1,5 МГц. Эта особенность видеосигнала используется при организации видеотелефонной связи, организуемой в полосе частот от 50 Гц до 1,2... 1,5 МГц.

Защищенность сигналов яркости от помех должна быть не менее 48 дБ. Число градаций яркости телевизионного сигнала приблизи­тельно равно k = 100 и согласно (10) динамический диапазон ви­деосигнала будет равен D_TB = 40 дБ. Пик-фактор сигнала, как было показано при рассмотрении полутонового факсимильного сигнала (9), не превышает 4,8 дБ, а потенциальный информационный объем телевизионного сигнала равен (11) Мбит/с.

Все рассмотренное выше справедливо для сигналов черно-белого телевидения. Сигналы цветного телевидения имеют некото­рые особенности.

В основе цветного телевидения лежат следующие физические процессы:

оптическое разложение многоцветного изображения с помощью специальных цветных светофильтров на три одноцветных изображения в основных цветах -красном (R - red), зеленом (G - green) и синем (В - blue);

преобразование трех одноцветных изображений в передающей телевизионной трубке в соответствующие им три электрических сигнала Е_R, Е_G, Е_B;

передача этих трех электрических сигналов по каналу связи;

обратное преобразование электрических сигналов изображения в специальном кинескопе (приемной телевизионной трубке) в три одноцветных оптических изобра­жения красного, зеленого и синего цветов; каждый цвет характеризуется двумя параметрами: яркостью и цветностью (насыщенностью); напомним, что в черно-белом телевидении при развертке изображения меняется только яркость освещения его отдельных элементов, и передаваемый сигнал является сигналом яркости;

оптическое сложение в определенных пропорциях трех одноцветных изображе­ний в одно многоцветное, при котором формируется сигнал яркости

При наличии сигнала не обязательно передавать три цветовых сигнала: E_R, Е_G, Е_B - Достаточно передать любые два из них. Обычно в системах цветного телевидения исключается самый широкополосный сигнал - зеленый E_G, поскольку в яркостном сигнале содержится 59 % зеленого. Вычитая из E_G и Е_в полученный сигнал яркости, получают так называемые цветоразностные сигналы. Максимум энергии сигнала яркости группируется в диапазоне нижних частот. Амплитуды составляющих сигнала в диапазоне верхних частот очень малы. Именно в этом диапазоне яркостного сигнала с помощью поднесущих частот помещаются цветоразностные сигналы, образуя сигна­лы цветности. Уплотняемые таким способом в общем частотном спектре сигнал яркости и цветоразностные сигналы могут создавать взаимные помехи. Для уменьше­ния влияния высокочастотных составляющих яркостного сигнала на цветоразностные сигналы поднесущая частота выбирается в верхнем диапазоне частот (где составляю­щие сигнала яркости очень малы и амплитуда поднесущей берется больше амплитуд этих составляющих). В то же время амплитуда поднесущей должна составлять не более 23 % от максимальной амплитуды яркостного сигнала.

Таким образом, яркостный сигнал и два цветоразностных сигнала занимают стандартную полосу частот телевизионного сигнала без заметного взаимодействия между собой.

На рис. 4 приведен фрагмент осциллограммы одной строки полного телевизион­ного (ТВ) сигнала с указанием его основных параметров.

Существует несколько систем цветного телевидения, различающихся между собой в основном способами модуляции поднесущих частот цветоразностными сигналами. В нашей стране нашла применение система SEKAM (СЕКАМ) (от фр. Sequentiel couleurs a memoire - последовательная передача цветов с запоминанием).

Рис. 4. Осциллограмма одной строки полного ТВ-сигнала

Особенностью системы является то, что цветоразностные сигналы передаются в частотном спектре яркостного сигнала на вспомогательных цветовых поднесущих методом частотной модуляции. Поскольку модулировать по частоте поднесущую одновременно двумя сигналами невозможно, то в системе SECAM сигналы переда­ются поочередно через строку. В течение времени одной строки передается только цветоразностный сигнала другой - только во время третьей строки вновь передается и т.д. Чтобы получить в телевизоре цветоразностный сигнал необходимо иметь оба цветоразностных сигнала и одновременно. Для этого в телевизорах используется линия задержки со временем задержки (запоминанием) на одну строку (64 мкс). Таким образом, каждая переда­ваемая строка запоминается в линии задержки и к приходу следующей строки ее можно использовать как недостающий сигнал для формирования третьего цветораз-ностного сигнала. Отметим, что обе поднесущие частоты выбираются четными гармониками частоты строчной развертки. Для передачи сигнала используется частота и для передачи сигнала исполь­зуется частота .