автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Исследование и разработка цифровых методов формирования измерительных сигналов для стандартных телевизионных систем и систем повышенной четкости

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Московский технический университет связи и информатики

На правах рукописи УЖ 621.317 621.397.13

Ви Цин Синь

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЦИФРОВЫХ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ СТАНДАРТНЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИСТЕМ И СИСТЕМ ПОВЫШЕННОЙ ЧЕТКОСТИ

Специальность 05.12.17 -Радиотехнические и телевизионные

системы и устройства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени техническом университете связи и информатики на кафедре "Метрология, стандартизация и измерения в технике связи".

Научный руководитель -кандидат технических наук, доцент,

A.M. Орлов

Официальные оппоненты -доктор технических наук,профессор,

C.B. Новаковский -кандидат технических наук,

B.В. Ендовицкий

Ведущее предприятие -Телевизионный технический центр

им. 50-летия Октября.

Защита состоится " 1995 г. в // ч на

заседании специализированного совета К 118.06.03 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Московском" ордена Трудового Красного Знамени техническом университете связи ,и информатики по адресу: 105805, Москва, Авиамоторная ул., д.8а, ауд.401.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ.

Автореферат разослан " "^а^^Ь? 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент о^лг О.В. Матвеева

/

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ,

Актуальность. Несколько десятилетий к 1*зре существовало три системы цветного телевидения (ТВ), причем в каждой стране использовалась толысо одна система. В последние годы поиски методов улучшения качества ТВ КБОбратешя привели к созданию целого ряда систем телевидения нового стандарта качества (ТНСК). Контроль качества ТВ изображения, так тяе как и оценка характеристик звеньев телевизионного тракта, поддергиветацих стандартное качество ТВ изображения и обеспечивающих нормальное функционирование любой системы ТВСК, осуществляется_путен-!гоме-рения степешг искажений параметров измерительных сигналов (ИС), передавай!,™ вместе (иногда вместо) с сигналами ТВ изображения. Для некоторых систем ТНСК предложены, а тагс^е рекомендованы международной организацией МККР наборы измерительных сигналов, но для некоторых разработанных или разрабатываемых систем ТНСК, общепринятых рекомендаций по выбору наиболее удобных ИС паса еще нет. Кроме того, измерительные сигналы для новых систем должны обладать повыпенной точностью формы, чтобы обеспечить достаточное качество контроля.

Одновременно для давно действующих стандартных ТВ систем постоянно предлагается новые методы оценки тех или иных искагл-ний, влияющих на качество ТВ изображения с применением новых, нестандартных ИС.что вызвано рядом усовершенствований, в частности, широким применением цифровых звеньев в этих, прежде полностью аналоговых,ТВ системах. В процессе эксплуатации отдельных уже действующих ТВ систем естественно использовать для каждой из них одинаковые (или по крайней мере единообразные) генераторы измерительных сигналов, позволяющие обеспечить единство

• За

измерений и ех результатов в пределах какдой ТВ системы. Такие генераторы обычно имеют конечный набор ИС, обеспечивающий стандартные методики контроля параметров узлов и трактов. Всякое изменение набора ИС и методик измерения в действующих системах обычно проводится весьма,болезненно и сопряжено с большими материальными затратами.

Таким образом, при разработке метрологического обеспечения для новых и усовершенствованных уже действующих ТВ систем представляются актуальными разработка и освоение универсального прецизионного пр0гргз&аярукг£г0_ генератора телевизионных измерительных сигналов (ТВИС), позволяющего формировать с высокой точностью и по единой методике практически любой из необходимых ИС, используешх в разных ТВ системах для оценки качества изображения и характеристик звеньев данной системы.

Цель и задачи работы. Основная цель диссертационной работы состоит в исследовании и разработке универсальных методов цифрового формирования ТВИС, удобных для формирования практически всех ТВИС, которые могут потребоваться при контроле и -измерении качественных показателей ТВ трактов известных ТВ систем известными методами, а также для формирования возможных новых ТВ измерительных сигналов (при разработке новых методик измерении в старых ТВ системах, при разработке ТВ систем нового стандарта качества и т.д.).

Для достижения поставленной цели в диссертации сформулирован и решен ряд задач , включая анализ временных и структурных особенностей стандартных и предложенных в литературе ТВИС, усовершенствование известных и разработку новых измерительных сигналов, и разработку алгоритмов цифрового формирования как стандартных, так и нестандартных ТВ измерительных сигналов.

Методы исследования. Для выполнения поставленных задач были использованы теория телевидения, г*этод поиска условных экстремумов, теория цепей и радкосхемотехкика, теория дишфетизации и Фурье преобразования, а такг.е методы математического моделирования.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:

1. Исследованы временные и структурные особенности как стандартных, так и предлогпэнных в научной литературе и в документации ¿\Ш> новых элементарных ТВ измерительных сигналов (ЭлС). На основе исследования произведено разбиение всех этих ЗИС на три группы: многократно повторяюидеся гармонические колебания, однократно изменяющиеся колебания и сигналы, подученные с помощью слодения, перемножения и повторения сигналов первых двух групп. В диссертации показано, что калдая группа имеет простой общий алгоритм формирования, практически калдый ИС получается ¡сак сумма ЭИС из этих трех групп.

2. Предложи, новый вариант сигнала, сочетающий два сигнала качающейся частоты; частота первого сигнала линейно увеличивается внутри радиоимпульсов, а частота второго сигнала линейно уменьшается внутри радиоимпульсов. Предлспенный ИС позволяет качественно оценить групповое время задержки (ГВЗ) проверяемого ТВ тракта одновременно с измерением АЧХ этого тракта.

3. Разработан модифицированный синусквадратичный импульс, большая часть энергии спектра которого сконцентрирована в пределах верхней граничной частоты ТВ канала, и поэтому сигнал значительно менее подвергается влиянию эффектов наложения спектра при дискретизации.

4. Проведено спектральное исследование наиболее типичных

ЗИС. Установлена частота следования отсчетов цифрового формирования этих сигналов с учетом минимизации максимального отклонения размаха сформированного сигнала от заданного. Установленная частота следования оточетов позволяет синтезировать все стандартные аЧС с достаточной точностью при использовании доступных На мировом рынке цифровых интегральных схем.

5. Показано, что монотонно изменяющиеся ЭИС (фронты и срезы П-импульсов и сигналов огибающей высокочастотных гармонических колебаний) с помощь» алгоритма "исправления" функции ЭИС (добавлением к ней дополнительной степенной функции) преобразуются в функции, аппроксимируемые с высокой точностью первыми двумя-тремя членами тригонометрического разложения. На этой основе разработан алгоритм формирования таких ЭИС, сочетающий высокую точность с небольшим количеством математических операций сложения и умножения.

6. Обоснован набор необходимых параметров для цифрового формирования прецизионного ЭИС и для формирования ТВИС. Показано, что вводя в репрограммирующий генератор обоснованный набор параметров, пользователь может получить новый, нестандартный ТВ измерительный сигнал. На основе обоснования разработаны обобщенные алгоритмы и структурные схемы синтеза как стандартных, так и нестандартных ТВИС.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что:

Применение разработанного алгоритма синтеза сигналов с монотонно изменяющимися участками (СМИУ) позволяет синтезировать практически произвольные ТВ измерительные сигналы, что дает возможность формировать все известные в настоящее время и неизвестные в настоящее время, но возможно необходимые в будущем

для ТВ измерения СЫИУ.

Разработанный цифровой метод формирования ТВИС дает возможность пользователям изменять структуры формируемых ТЕИС или добавлять в генератор новые ТВ измерительные сигналы, что имеет особое значение при усовершенствовании действующих или разработке новых ТВ систем.

Основные положения, вынос и и ые на защиту:.

1. Обоснование классификации ЗИС на три группы: многократно повторяющиеся гармонические колебания, однократно изменяющиеся колебания и сигналы, полученные с помощью сложения, перемножения и повторения сигналов первых двух групп.

2. Разработка и исследования модифицированного измерительного сигнала, позволяющего при применении сигналов с прямой и обратной ЛЧМ внутри каждого радиоимпульса одновременно измерять АЧХ и контролировать ГВЗ ТВ трактов.

3. Разработка и исследования модифицированного измерительного сигнала, состоящего из синусоидальных колебаний гармонических частот и подвергающегося менее искажению при ограничении его высокочастотных составляющих спектра верхней граничной частотой ТВ канала.

4. Обоснование выбора частоты следования отсчетов для цифрового формирования всех стандартных ЭИС, приведенное по критерию минимизации максимального отклонения размаха формируемого импульса от заданного, возникающего вследствие ограничения высокочастотных составляющих спектра.

5. Разработка метода цифрового синтеза СМИУ , основанного на применении исправляющей степенной функции, устраняющей разрывы на концах синтезируемого сигнала и его производных, следо-

3<с

вательно улучшить сходимость коэффициентов при разложении сигнала в ряд Фурье.

6. Обоснование набора параметров, необходимых для синтеза прецизионного ЭИС. Путем ввода этого набора пользователь может получить нужный ему нестандартный ЭИС.

7. ■ Разработка и исследование обобщенного алгоритма цифрового формирования ТБИС, основанного на "сложении" отдельных ЭИС в заданной последовательности. Разработанный алгоритм позволяет пользователям произвольно менять структуру общепринятых ТБИС или добавлять в генератор новые ТБИС.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподовательского состава МТУСИ в 1991, 1992, 4994 гг. и на собрании кафедры МС и ИТС.

Реализа.ция работы. Результаты, изложенные в диссертации, можно использовать при усовершенствовании методик измерений, разработке новых ТВ систем и создании генератора ТБИС нового поколения.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано'2 печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 175 страницах машинописного текста, иллюстрируется 44 рисунками и 8 таблицами и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы из 82 наименований.

- 9 -

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дастся общая характеристика и основное содержание работы.

В первой главе проанализированы особенности цифрового формирования аналоговых сигналов, сделан обзор особенностей существующих аналого-цифровых и цифровых методов формирования ТВИС, а также проведен обобщенный анализ особенности измерения качественных показателей трактов в системах телевидения высокой" четкости. Показано, что существующие в настоящее время анало--го-цифровые и цифровые методы не рассчитаны на формирование произвольных ТВ измерительных сигналов. Отмечено, что пшрокопо-лосность систем ТВЧ предъявляет к цифровому формированию ИС особое требование -необходимость формирования ИС с более высокой точностью и минимальной частотой дискретизации. Кроме того, усовершенствование существующих ТВ систем, многообразия разработанных и разрабатываемых в мире систем ТВЧ порождают необходимость в разработке цифровых методов формирования не только используемых или предложенных сегодня ИС, но и возможно используемых в будущем нестандартных ИС.

Во второй главе проведен анализ временных и структурных особенностей стандартных измерительных сигналов для системы СЕ-КАМ, содержащей только аналоговые звенья, и предложенных в литературе измерительных сигналов, которые были предложены как для обычных ТВ систем, но содержащих цифровые звенья, ' так и для систем ТВЧ. Показано, что все описанные в литературе ТВИС удобно разбить, с точки зрения сведения к минимуму количества алгоритмов их формирования,на три группы:

многократно повторяющиеся гармонические колебания с постоянной или медленно изменяющейся частотой.

- 10 -

однократно изменяющиеся колебания произвольной формы, состоящие из небольшого числа монотонно изменяющихся участков.

колебания, полученные путем несложных арифметических операций (сложения, умножения и повторения) из колебаний первых двух групп.

При таком разбиении в составе цифрового генератора ТВИС достаточно иметь только два структурно различающихся синтезатора колебаний (1-го и 2-го типа) и операционное устройство, выполняющее функции сложения; перемножения и повторения.

Такая вычислительная структура позволяет формировать как стандартные, так и новые ТВИС. В качестве примера предложены и исследованы два новых измерительных сигналов; для оценки характеристики ГВЗ звеньев ТВ тракта и для измерения импульсной характеристики звеньев ТВ тракта в области малых времен.

Стандартный сигнал СЗ для измерения АЧХ звеньев ТВ тракта представляет синусоидальное напряжение, линейно модулированное по частоте (ЛЧЫ) от 0,5 до 8,5 МГц в пределах поля и по амплитуде прямоугольными импульсами в интервалах строк. При использовании этого ИС амплитуда составляющих его строчных ЛЧМ-им-пульсов на выходе измеряемого звена дополнительно уменьшается вследствие их растяжения на частотах, где ГВЗ растет с частотой, и увеличивается вследствие их сжатия на частотах, где ГВЗ падает с частотой. Этот эффект хотя и незначительно, но искажает измеренную АЧХ относительно истинной.

В новом ИС (в дальнейшем называем его С3.1) для оценки ГВЗ, напротив, используется зависимость амплитуды отклика цепи на ЛЧМ импульсы от частоты, неравномерности ГВЗ (т.е. от нелинейности ФЧХ), которая присуща ЭИС СЗ. Предложенный сигнал также состоит из последовательности строчных прямоугольных радиоим-

рис Л

пульсов, средняя частота которых от строки к строке тоже линейно изменяется от 0,5 до 8,5 Мгц, но частота внутри радиомпуль-сов линейно падает (инверсная ЛЧМ). В этом случае, амплитуда отклика цепи на строчные импульсы с прямой ЛЧМ уменьшается (вследствие расширения импульсов), а для строчных импульсов с инверсной ЛЧМ она (вследствие сжатия импульсов) увеличивается на тех частотах, на которых ГВЗ растет с частотой. Наоборот, амплитуда отклика цепи на строчные импульсы с прямой ЛЧМ увеличивается (вследствие сжатия импульсов), а для строчных импульсов с инверсной ЛЧМ она (вследствие расширения импульсов) уменьшается на тех частотах, на которых ГВЗ падает с частотой. Если в четных полях передается сигнал с прямой ЛЧМ, а в нечетных полях - сигнал с инверсной ЛЧМ, то, наблюдая отклики от двух полей сигнал, (с прямой и инверсной ЛЧМ), можно измерить разницу в амплитуд, откликов, пропорциональную величине изменения

за

- 12 -

ГВЗ исследуемой цепи в диапазоне исследуемых частот.

На рис.1 показаны отклики контура коррекции высокочастотных предыскажении (КВЧП) сигнала СЕКАЫ на импульсы с прямой ЛЧМ (кривая 1) и на импульсы с инверсной ЛЧМ (кривая 2). Из рис.1 видна разница в кривых 1 и 2, которая пропорциональна изменению ГВЗ на соответствующих частотах: увеличению до и уменьшению после частоты резонанса, равной 4,286 МГц.

Йожно отличить искажения, вносимые изменением АЧХ и ГВЗ, с помощью ИС (в дальнейшем называем его С3.2), которого также состоит из последовательности строчных прямоугольных радиоимпульсов, средняя частота которых от строки к строке тоже линейно изменяется от 0,5 до 8,5 МГц, но частота внутри радиомпуль-сов постоянна. В диссертации показано, что спектральная плотность сигнала С3.2 очень Слизка по форме к спектральной плотности сигнала СЗ, но сигнал С3.2 не подвергается искажению ГВЗ, так как частота внутри радиоимпульсов постоянна. Отклик контура (КВЧП) на импульсы С3.2 показан на рис.1 (кривая 3).

Для измерения импульсной характеристики ТВ трактов во второй главе предложен измерительный сигнал, который описывается математическим выражением:

Г (О- 1 апсоэ(пДиЬ) , (1)

п-0 7

где ао-0,5, а1-0,2494, аг-О,01701 аз-0,0098. Форма этого сигнала очень близка к форме синусквадратичного импульса, но его спектр быстро убывает за пределами верхней граничной частоты ТВ канала ыГР. Поэтому при ограничении частотой игр высокочастотных составляющих, лежащих за пределами о>гр, искажение формы сигнала будет меньше, чем у синусквадратичного импульса. Кроме того, сигнал Г(О состоит из косинусоидальных

колебаний гармонических частот, поэтому легко его формировать с помощью цифрового синтезатора синусоидальных колебаний.

Спектр конечных аналоговых сигналов бесконечен, теоретически любая его дискретизация ведет к появлению эффектов наложения спектра. Поэтому при цифровом формировании аналоговых сигналов важное место занимает выбор такой частоты дискретизации, при которой эти эффекты не ведут к недопустимым искажениям их формы после цифроаналогового преобразования. С целью определения минимальной необходимой частоты дискретизаций во второй главе проведен анализ зависимости погрешности формирования от частоты дискретизации и получен вывод о том, что для цифрового формирования стандартных измерительных сигналов для ТВ систем с рабочей полосой частот 6 МГц минимальная необходимая частота дискретизации равна 38 МГц. Учитывая тот факт, что для формирования сигналов наиболее высокочастотного цифрового стандарта системы ТВЧ с рабочей полосой 30 МГц частота дискретизации равна 74.25 МГц, сделан вывод о том, что для единообразия целесообразно использовать эту частоту в качестве частоты дискретизации для цифрового формирования измерительных сигналов других систем, хотя при этом и несколько увеличиваются объемы накопителя ПЗУ разработанной вычислительной структуры.

Третья глава посвящена разработке методов синтеза двух основных компонентов ТВИС.

Показано, что для цифрового синтеза синусоидальных колебаний, используемых в ТВ измерительных сигналах, целесообразно использовать табличный метод с применением дополнительных способов сокращения объема ПЗУ накопительного устройства (НКУ) в 4 раза. При табличном методе синтеза синусоидальных колебаний важное значение имеет выбор разрядности накопительного устройс-

тва (НКУ), формирующего приращение фазы, и объема памяти, так как от этого зависят погрешность по размаху б,? и минимальный шаг изменения частоты, или точность по частоте М формируемого колебания. Доказано, что при частоте дискретизации Гт-74,25 Мгц для удовлетворения требованию точности по размаху и по частоте необходимо применять разрядность НКУ 3-26 и объем памяти N-4096x8 бит, что соответствует минимальному шагу изменения частоты

М-Гт/2*-1,106 Гц и дисперсии погрешности по размаху

бп-б^+бок-(2я/2П)2+1/22т-0,001764% , где т -число разрядов кода адреса ПЗУ НКУ;

п -число разрядов кода отсчетов, хранящихся в ПЗУ. Поскольку при табличном методе синтеза синусоидальных колебаний частоту определяет НКУ, работающий с тактовой частотой через зависимость Г-кДГ-кГт/й1 , (2)

то, если значение к линейно изменяется со времени, на выходе ПЗУ НКУ можно получить коды отсчетов ЛЧМ-сигнала. В диссертации показано, что алгоритм формирования ЛЧМ сигнала имеет вид:

k(n)-R0U[S0+SllEH•S2q], где 1Ю1Я.] -операция округления;

-целые числа, 0<т<286, 0<п<4751; бо эц.Бг -параметры, определяющие начальную частоту ЛЧМ-сигнала, скорость изменения частоты между строками и скорость изменения частоты внутри строк соответственно. В частности, для синтеза стандартного СКЧ 03 бо-450395, зц-23183, зг-1.

В третьей главе большое внимание уделено также разработке цифрового метода синтеза сигналов с монотонно изменяющимися

участками (СЫИУ) и реализации этого метода. При этом наиболее сложной проблемой является то, что разработанный метод должен обеспечить синтез практически СМИУ любой формы при сохранении выбранной вычислительной структуры синтезатора, чтобы имелась возможность формировать те ИС, которые могут использовать в будущем. Поэтому работа была направлена на разложение любого монотонного участка синтезируемого сигнала б(ъ) в ряд Фурье, так как при этом можно получить разные сигналы путем изменения величин коэффициентов ряда Фурье и основной частоты ь)1.

Однако расчетом показано, что для этого простое разложение в ряд Фурье оказывается неприемлемым, так как из-за скачков, существующих на концах периодически предложенных монотонных участков, коэффициенты ряда Фурье медленно сходятся. Например, при разложении сигнала, предложенного профессором В.П.Дворковичем, для измерения ИХ в ТВ трактах, содержащих цифровые звенья, 3

еИ)- Е а1з1пс«Гр(Ь-пТ) |Ь|<2Т , (3)

1—3

гдеа,я1,а, =а_,-*=0,48Н,аа=±а=г=0,0154,аг=а-э =0,0032 в ряд Фурье, для того, чтобы погрешность по размаху была меньше 0,5%, необходимо использовать разложение, сохраняя 10 первых коэффициентов. Большое количество требуемых коэффициентов приведет к усложнению прибора.

Для улучшения сходимости коэффициентов ряда Фурье в диссертации было предложено использовать метод, разработанный акад. А.М.Крыловым, сущность которого заключается в нейтрализации скачков на концах формируемого сигнала путем дополнения его вспомогательной степенной функции. Основой этого метода является то, что скорость сходимости в разложении функции зависит от

того, существуют ли разрывы у этой функции и у ее производных. Если периодически, предложенная функция sT(t) непрерывна и имеет непрерывные производные до (k-l)-ro порядка включительно, а производная к-го порядка есть функция, удовлетворяющая условиям Дирихле, но имеет разрыв, то коэффициенты ряда Фурье an и Ьп функции s-r(t) будут порядком не больше M/nk+1, т.е. иметь оценку |anl<M/nk+1, |bnl<M/nk+1, где М -некоторое положительное число. Таким образом, для непрерывного периодического сигнала sT(t^ справедливо, что если на отрезке tl<t<t2 разрывы имеет сама функция sT(t), то коэффициенты ее разложения в ряд Фурье ограничены сверху величиной М/n, если sT(tl)-sT(t2),но разрывы имеет ее первая производная,то |anl,|bn| ограничены сверху величиной М/n2; если sT(tl)-sT(t2),St (tl)-s'T (t2), но разрыв имеет ее вторая производная, то |anl и |bnl ограничены величиной М/п3 и т.д.

Таким образом, если перед синтезом сигнала s(t) (0<t<T)

,s(t)-s(0) t>0

продлевать его по нечетному закону sH(t)-{ , ч , ч , то у

-s(t)+s(0) t<0

производных sH(t) четной степени нет скачков, а скачки на концах самой sH(t) и у ее производных четной степени можно нейтрализовать путем применения вспомогательной функции:

<te(t)- L «ak-it2^1 . (4)

k-l

Если так выбрать коэффициенты c<i+c<2k-i в (4). чтобы у функции q>k(t) и у ее производных четной степени имелись те скачки, которые имеют у sH(t) и у ее производных четной степени, то исправленная функция

sk(t)-sH(t)-i>k(t) (5)

будет иметь непрерывные производные до (2к-1)-го порядка, а коэффициенты ее ряда Фурье

ж

ап-0 для всех п ; Т

Ьп-1/Т ^ зк(1)з1п(пиаЬ)(11, (6)

где о>1-я/Т. Между тем, Ьп убывает по закону 1/2гп.

Значения коэффициентов «1, аз ...«2к-1 должно определить в соответствии с условием, что у Зк(Ь) и у ее 2к+1 первых производных нет скачков на концах сигнала, т.е. \

зк(Т)-з(Т)-Фк(Т)-0<,

(2)._. (2) (2) гк (Т)-Б (Т)-9к (Т)-0:

(7)

(2к) (2к) (2к) ч Л sk (T)-s (Т)-Фк (Т)-0,

A rto-s(O); коэффициенты Ьп определяются формулой (6).

Таким образом, s(t) можно аппроксимировать по формуле

N К

si(t) - Б bnsin(nwit)+ E«2k-lt +<lo f 0<t<T, (8) n-1 k-1

где N и К есть степени исправленной и вспомогательной функций.

Для примера в диссертации приведены расчеты коэффициентов «о-«з, bi-bio для двух сложных по математическому описанию сигналов gi(t) и h(t), предложенных профессором В.П.Дворковичем, для измерения ИХ и ПХ в ТВ трактах, содержащих цифровые звенья. 3

gi(t)- Е aiSincwrP(2t-nT-T) О <t<T (9)

i—3

СО

и h(t)- L slncTo<tfrpCt-(2n+l)/2) + n-0

N

+ Е an[slncTo<i>rp(t+(2n+l)/2)-sincTo<i>rp(t- (2n+l)/2)]. (10)

n-0

Таблица 1

Ь1 Ч к 0 «о— 0,001 1 «1-0,4601 г «1-0,6588 «3—0,0497 6, X

Ы 0,509343 -0,076842 -0,239697 4,41

Ь2 -0,354522 -0,060825 -0,041595 0,73

ЬЗ 0,198110 0,001629 -0,004069 0,41

Ь4 -0,152799 -0,004697 -0,002292 0,23

Ь5 0,119558 0,000279 -0,000956 0,16

Ь6 -0,101603 -0,001340 -0,000622 0,11

Ъ7 0,086981 0,000097 -0,000361 0,08

Ь8 -0,077655 -0,000580 -0,000264 0,06

Ь9 0,069762 0,000048 -0,000185 0,05

Таблица 2

Ь! \ к 0 «0-0,0154 1 «1-0,4923 2 И1-0,9521 «3—0,1149 1'

М 0,609913 -0,017332 -0,373257 5,06

Ь2 -0,408276 -0,094002 -0,049511 0,65

ЬЗ 0,220964 0,010723 -0,002747 0,46

Ь4 -0,166792 -0,008317 -0,001472 0,24

Ь5 0,129568 0,001934 -0,000936 0,18

Ь6 -0,109663 -0,002380 -0,000715 0,12

Ь7 0,093664 0,000695 -0,000381 0,08

Ь8 -0,083503 -0,001033 ' -0,000304 0,07

Ь9 0,074952 0,000354 -0,000205 0,05

- 19 - '

В таблицах 1 и 2 приведены результаты синтеза, соответствующие ei(t) и h(t). В таблицах 5 -погрешность по размаху при К-2.

5- max -ts(t)-si(t)>. (12)

0<t<T

Из таблиц видно, что даже для синтеза таких сложных сигналов, как gi(t) и h(t) достаточно применять два первых коэффициента степенной функции и три первых коэффициента исправленной функции.

Четвертая глава посвящена разработке алгоритмов цифрового формирования элементарных измерительных сигналов и ТВ измерительных сигналов.

Глава начинается разработкой алгоритмов цифрового синтеза стандартных ЭИС. Показано, что перед синтезом каждого ЭИС целесообразно разбить его на несколько частей, количество которых определяется количеством СШУ, содержащихся в данном ЭИС. Показано также, что сигналы третьей группы можно получить из сигналов первых двух групп путем математических операций:

S31-(kiSi+Bi)(k2S2+B2)+0o или S32-kiSi+0i+k2S2 , где S31 и S32 -сигналы третьей группы;

S1.S2 -сигналы первой и второй групп соответственно;

S0.S1.B2.k1.k2 -коэффициенты.

Таким образом,для синтеза каждого ЭИС на основе предложенной вычислительной структуры необходимо иметь в вычислительной структуре следующие параметры.

1. Параметры первого компонента (синусоидальных или коси-нусоидальных колебаний):

к -определяющий частоту колебания;

ко -определяющий начальную фазу колебания.

Для синтеза СКЧ вместо к и ко необходимо указать:

эо -определяющий начальную частоту;

Б2 -определяющий скорость изменения частоты внутри строк;

би -определяющий скорость изменения частоты между строками.

2. Параметры второго компонента (однократно или монотонно изменяющихся сигналов):

b1.b2.b3 -коэффициенты исправленной функции э^);

«о.«1,с£з -коэффициенты вспомогательной функции Фк(Ъ);

К1 -определяющий основную частоту (Ч для синтеза СМИУ;

3. Параметры СУ:

к±,к2 -коэффициенты первого и второго компонентов;

31.02 -размах пьедесталов первого и второго компонентов;

Во -размах пьедесталов формируемого ЭИС.

Затем на основе того, что, во-первых, все ТВ измерительные сигналы детерминированы и периодичны с частотой кадров; и во-вторых, набор ТВ измерительных сигналов, обслуживающий любую ТВ систему, состоит из ограниченного числа элементов, причем формы многих элементов измерительных сигналов подобны и эти элементы отличаются друг от друга лишь длительностью и величиной, показано, что для формирования каждого конкретного ТВ измерительного сигнала необходимо знать следующий набор параметров:

Ы -число строк, занимаемых данным ТВ измерительным сигналом;

Кщ -число элементарных измерительных сигналов, существующих в ш-й строке;

}Х1 (1-1,2 ...Кщ)} -последовательность номеров ЭИС в т-й

отроке;

{П1> -начальное место первой выборки каждого ЗИС.

При наличии в вычислительной структуре вышеуказанных параметров можно формировать ТВ измерительных сигналов по алгоритму, разработанному в диссертации. Эти параметры можно сохранять в ППЗУ, при эксплуатации прямо считывать их из ППЗУ, или вводить пользователем перед началом эксплуатации генератора. При-менительная блок-схема генератора ТВ измерительных сигналов приведена на рис.2. В данной блок-схеме в ППЗУ сохраняются параметры всех измерительных сигналов, формирователи Ф1 и Ф2 формируют две компоненты, из которых в операционном устройстве формируется требуемый ТВ измерительный сигнал. Блок введения информации (БВИ) позволяет пользователям самостоятельно вводить параметры сигналов, чтобы формировать новые измерительные сигналы. Работой генератора управляет микропроцессор МП.

Глава завершается анализом практической реализуемости работы разработанной вычислительной структуры в реальном масштабе времени. Отмечено, что поскольку в генераторе производятся только операции суммирования, перемножения и повторения, реализуемость генератора главным образом зависит от быстродействия таких элементов как памяти, перемножителей и сумматора, а в более слабой степени зависит от быстродействия управляемого МП. Показано, что быстродействие имеющихся на рынке цифровых и циф-роаналоговых микросхем обеспечивает выполнение указанных операцией в реальном масштабе времени, следовательно, обеспечивает практическую реализуемость разработанной вычислительной структуры.

В заключении сформулированы- основные результаты, полученные в диссертационной работе, которые состоят в следующем:

о s Pt

1. Показана целесообразность классификаций элементарных ТВ измерительных сигналов на три группы -многократно повторяющиеся гармонические, однократные и комбинированные колебания. Эта классификация позволяет формировать все ЭИС с помощью двух основных компонентов и их комбинаций.

2. Предложен новый измерительный сигнал, который состоит из СКЧ с прямой и с инверсной ЛЧМ внутри радиоимпульсов. Применение предложенного ИС позволяет одновременно изменить АЧХ и контролировать ГВЗ звеньев ТВ тракта.

3. Для измерения переходной характеристики в области малых , времен предложен новый измерительный сигнал, который состоит из синусоидальных колебаний гармонических частот. Предложенный ИС подвергается значительно менее искажению по сравнению с 2Т-им-пульсом при ограничении высокочастотных составляющих верхней граничной частотой ТВ канала.

4. Определена минимальная необходимая частота дискретизации для цифрового формирования аналоговых ТВ измерите лыгых сет-налов. На основе анализа показана целесообразность выбора тактовой частоты цифрового формирования всех стандартных ЗИС и предложенных в литературах измерительных сигналов.

5. Разработана вычислительная структура синтеза сигналов с монотонно изменяющимися участками, основанная на применении вспомогательной функции с целью нейтрализовать разрывы на концах синтезируемого сигнала. Разработанная вычислительная структура позволяет получить быструю сходимость коэффициентов при разложении сигнала в ряд Фурье.

6. Разработаны алгоритмы синтеза отдельных ЭИС на основе предложенной вычислительной структуры, что позволяет свести к минимуму объем генератора ТВИС. Обоснован обобщенный набор па-

раыетров, необходагых для синтеза ЭИС. Путем введения этого набора параметров пользователь может получить нужный ему нестандартный SÎIC.

7. Разработан алгоритм формирования ТВ измерительных сигналов, основанный на "сложении" отдельных ЭИС в заданной последовательности. Данный алгоритм позволяет пользователям произвольно менять структуру общепринятых ТВ измерительных сигналов или добавлять в генератор новые ТВ измерительные сигналы.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕШ ДИССЕРТАЦИИ

I

1. l&tçsszzvi В.К., Opj.cn A.Li, Ви Цза Сгшь. О формировании измерительных сигналов для системы телевидения высокой четкости / Тез.док. Науч.- -техн. конф. "Телевизионная техника и обработка ТВ сигналов / МТУСИ.-М.Д992.

2. Ел К;«: Cïc.b. Особенность цифрового формирования измерительных сигналов для стандартных и новых систем телевидения / Тезисы докладов. Научно-техническая конференция профессорс-ко-преподовательского и инженерно-технического состава/МТУСИ.-1994, C41.