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Em 14 de novembro de 2003, o Canal Um da televisão russa começou a transmitir regularmente uma série de programas com acompanhamento de som estéreo. Eles são marcados na imagem com um ícone especial na forma de duas telas de TV estilizadas sobrepostas uma sobre a outra. Obviamente, a transmissão de um sinal de som monofônico também foi preservada.

Essa transmissão tornou-se possível devido ao comissionamento de um novo transmissor na torre de televisão Ostankino para substituir o antigo, que estava em operação desde 1967. - a partir da data de início da transmissão do centro de televisão em Ostankino. O transmissor antigo será usado como backup por enquanto.

Os residentes de Moscou e da região de Moscou podem receber som estéreo se suas TVs estiverem equipadas com desmoduladores - decodificadores do sinal NICAM transmitido pelo método de modulação de fase DQPSK em uma frequência de subportadora de 5,85 MHz. Lembre-se que a separação entre as frequências portadoras da imagem e o som monofônico usual em canais de rádio é de 6,5 MHz, conforme previsto em nossos padrões D (para MB) e K (para UHF).

Como o sinal de som estéreo NICAM é formado, transmitido e recebido é descrito nesta e nas partes subseqüentes do material publicado.

Até recentemente, o acompanhamento de som estereofônico de programas de televisão no ar não era realizado em nosso país, portanto, havia pouco interesse por esses sistemas de transmissão. Ao mesmo tempo, eles são operados com sucesso no exterior. Um dos mais populares entre eles é o sistema de som estéreo NICAM (Near Instantaneously Companded Audio Multiplex) para transmissão de televisão. Foi desenvolvido pela British Broadcasting Company BBC (BBC) e apresentado pela primeira vez ao CCIR em 1987. Entrou em serviço em 1988 e agora é amplamente utilizado no Reino Unido, Suécia, Dinamarca e outros países europeus, tanto na televisão terrestre quanto na televisão por satélite. transmissão.

Glossário de termos

• A discretização é uma representação temporal de um sinal analógico contínuo como uma sequência de seus valores discretos (amostras ou amostras) seguindo em determinados intervalos.
• A codificação diferencial é um método de codificação no qual não são transmitidos pelo canal de comunicação os valores do código digital de cada amostra, mas a diferença entre o valor real da amostra atual e o valor da mesma amostra prevista a partir da anterior .
• Quantização - arredondamento do valor de cada amostra para o nível de quantização mais próximo.
• Companding - compressão da faixa dinâmica do sinal durante sua transmissão e expansão durante a recepção.
• A multiplexação é a combinação de vários fluxos de entrada em um único fluxo de saída.
• Contagem - um único valor do sinal, obtido por amostragem em um horário selecionado.
• A digitalização é um procedimento, como resultado do qual o valor da amostra é representado como um número correspondente ao número do nível de quantização obtido.
• Intercalação de bits (intercalação de bits) - permutação de bits, símbolos, etc.
• Scrambling (randomização, criptografia) é um processamento especial de um sinal digital, reorganizando bits, segmentos, blocos ou adicionando sinais interferentes, por exemplo, uma sequência pseudo-aleatória, após a qual o receptor para de recebê-lo até que esse sinal seja decodificado.
• Uma palavra é uma sequência de bits correspondente a uma unidade de informação em formato digital.
• Nível de quantização - o valor do nível de sinal constante de cada amostra.
• Bit de paridade - Um bit usado para verificar um erro de bit adicionando um bit.

Como o "Primeiro Canal" da transmissão de televisão começou a realizar acompanhamento de som estéreo de vários de seus programas usando este sistema específico, o leitor deve estar familiarizado com os princípios da geração de sinais NICAM, sua transmissão e recepção de acordo com os padrões de radiofrequência B, G, H, I, bem como esquemas específicos decodificadores de sinal de receptor de televisão. Como o sistema fornece transmissão com uma velocidade total de 728 kbps, na literatura é frequentemente chamado de NICAM-728 [1-4].

De acordo com a Recomendação 707 do CCIR, o sistema é utilizado nos casos em que os aparelhos de televisão terrestre, juntamente com a transmissão de sinais de vídeo analógicos, exijam adicionalmente a introdução de áudio digital. Para sua transmissão, são utilizadas duas frequências portadoras (Fig. 1), a principal das quais f3 ocn é modulada, como de costume, em frequência por um sinal sonoro monofônico analógico para programas de televisão, e o adicional f3 adicional é modulado por um NICAM digital sinal sonoro estereofônico.

Os portadores de áudio são 5,5 MHz (primário) e 5,85 MHz (sub) dos portadores de imagem fs para B, G, H e 6 e 6,552 MHz para I. Este único portador NICAM fornece dois áudio de alta qualidade L (esquerda) e Sinais do canal R (direito). A portadora de som NICAM nos padrões B, G, H, I está localizada em frequência ligeiramente superior à portadora de som normal, mas dentro da faixa de frequência do canal de rádio. Os principais parâmetros do sistema NICAM são mostrados na tabela.

Vamos considerar o princípio de formação de sinal do sistema NICAM de acordo com o diagrama estrutural simplificado do transmissor mostrado na Fig. 2. Antes de aplicar os sinais de áudio analógico dos canais L e R ao ADC multiplexado, a pré-ênfase é introduzida em cada um deles. Eles são exigidos pelos padrões internacionais (CCITT Recommendation J.17) para fornecer algum reforço aos componentes de RF dos sinais. A pré-ênfase permite reduzir o nível de ruído, que se localiza principalmente neste intervalo. No receptor, a proporção dos componentes LF e HF é restaurada por circuitos de correção de pré-distorção, que reduzem a amplitude dos componentes HF.

(clique para ampliar)

Sabe-se que a faixa de frequência de áudio de 15 kHz é suficiente para obter som de alta qualidade em equipamentos domésticos. Segue-se que a frequência mínima de amostragem (amostragem) ao converter um sinal de áudio analógico para digital deve ser igual ao dobro da frequência de áudio superior, ou seja, 30 kHz. No entanto, na prática, para evitar aliasing de sinal e distorção relacionada, uma taxa de amostragem ligeiramente maior de 32 kHz é usada.

A amostragem nos sinais L e R ocorre simultaneamente, após o que o ADC converte um grupo de três amostras de sinal L em uma palavra codificada de 14 bits, seguida pelo mesmo grupo de amostras de sinal R, novamente a palavra L e assim por diante. vez. O sinal de saída do ADC consiste em segmentos de dados sucessivos, que são grupos de 32 amostras de cada canal. A digitalização de sinais de 14 bits permite obter um grande número de níveis de quantização (16384), o que é bastante aceitável para reprodução de som de alta qualidade.

Nas condições mencionadas para digitalizar sinais com frequência de amostragem de 32 kHz, é necessária uma taxa de dados bastante alta e, consequentemente, uma banda de frequência muito ampla, que não se encaixa na banda de frequência do canal de rádio. Portanto, na prática, utiliza-se o companding digital quase instantâneo (como indica o nome do sistema), que permite reduzir o número de bits por amostra de 14 para 10 e a taxa de bits sem degradar a qualidade do sinal reproduzido.

O método de compressão digital baseia-se no fato de que o valor de cada bit do código binário depende do nível do sinal sonoro, que a cada momento representa uma amostra codificada específica. Assim, com sons altos, ou seja, com grandes amplitudes de sinal, a influência dos bits menos significativos é muito pequena e eles podem ser desprezados. Com sons silenciosos (os valores de contagem não excedem 100 ... 200 μV), os bits menos significativos não podem ser negligenciados.

Portanto, o compander digital NICAM transforma o código de 14 bits em um código de 10 bits: para sinais fracos, as amostras originais de 14 bits são retidas e, para sinais de alto nível, um a quatro bits menos significativos são descartados.

Para um companding mais eficiente, alguns bits mais altos também são excluídos em alguns casos. Por exemplo, o 13º bit será excluído se corresponder ao 14º; O 12º bit - se corresponder ao 13º e ao 14º, etc. O 14º bit está sempre presente, pois indica a polaridade do sinal. Quando os bits mais significativos são removidos, o sistema fornece uma maneira de restaurá-los no receptor, chamada codificação com fator de escala. É um código de três bits que informa ao receptor o número de bits altos excluídos para sua recuperação subsequente.

A próxima etapa do processamento do sinal é adicionar um bit de paridade ao código de cada amostra e formar um código de 11 bits. O bit de paridade é necessário para verificar os seis bits mais significativos quanto à presença de um erro neles.

Na saída do dispositivo para adicionar bits de paridade de 32 amostras de 11 bits L1 - L32 (no canal L) e R1 - R32 (no canal R), grupos são formados, chamados segmentos (Fig. 3), que primeiro chegue ao modelador de blocos e, em seguida, ao multiplexador de formação de loop. Antes da formação dos ciclos (quadros, quadros), o fluxo de dados é organizado em blocos de dados de 704 bits, cada um contendo dois segmentos (um de cada canal), e os blocos são multiplexados conforme mostrado na Fig. 4.

Cada bloco de dados de áudio é precedido por 24 bits adicionais de informações necessárias para sincronização e controle (Fig. 5). A framing word sincroniza o receptor NICAM da TV e é sempre 01001110, e os bits C0-C4 são necessários para controlar e sincronizar o decodificador, com o bit CO chamado frame flag.

Em seguida, a intercalação bit a bit é aplicada. É necessário minimizar erros de bit (rajadas de erros), que são causados ​​por ruído e interferência e podem distorcer vários bits vizinhos. O entrelaçador de bits separa os bits adjacentes uns dos outros em 16 ciclos de clock (ou seja, existem 15 outros bits entre eles). Portanto, como um pacote de erros geralmente não excede 16 bits (e isso é mais provável), na TV ele será disperso por várias amostras na forma de erros de bit único, e isso praticamente não afeta a qualidade do som.

O entrelaçador de bits contém uma RAM onde os dados de um bloco de 704 bits são primeiro gravados e depois lidos na sequência acima. A ordem de leitura é armazenada na ROM, também chamada de sensor de sequência de endereços. Uma ROM semelhante foi usada na TV para restaurar a sequência de bits original.

Para que o sinal seja percebido como aleatório, ou seja, tenha uma distribuição uniforme de energia e reduza a influência do sinal de áudio normal do modulador de frequência no sinal de áudio NICAM, o fluxo de bits é passado para o dispositivo de embaralhamento . Obviamente, os bits da palavra de enquadramento não estão embaralhados. A TV executa o procedimento inverso, chamado de decodificação dos bits de dados de áudio, para restaurá-los à sua forma original.

No sistema NICAM, o método de codificação de fase da portadora de som QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) é usado para transmitir um sinal digital através de um canal de rádio. No entanto, o fluxo de dados de áudio digital codificado é codificado diferencialmente antes de ser alimentado ao modulador, portanto, a codificação também é chamada de Diferencial (DQPSK). Isso é necessário para que a TV possa usar não apenas a demodulação síncrona, mas também uma diferença mais simples.

O chaveamento por deslocamento de fase é a forma mais econômica de modulação, na qual a frequência da portadora permanece constante enquanto sua fase muda de acordo com o estado dos bits de dados. O chaveamento de mudança de fase em quadratura, também chamado de chaveamento de posição quádrupla, tem quatro valores de fase: 45°, 135°, 225° e 315°. Para obtê-los, a fase da portadora é primeiro deslocada em 90° e dois sinais de dados em quadratura são gerados: I e Q. Como resultado, um sinal é criado com uma fase resultante de 45°. Então, para formar os vetores resultantes restantes, esses dois sinais são submetidos a uma mudança de fase de 180° (Fig. 6). Cada um dos vetores pode ser representado por dois bits de um número binário:

• 00 - 0° (sem mudança de fase);
• 01 - mudança de fase em -90°;
• 10 - mudança de fase em -270°;
• 11 - mudança de fase em -180°.

Portanto, os padrões de bits apresentados alteram a fase da portadora em diferentes ângulos em relação à fase do sinal anterior, conforme mostrado no diagrama de temporização da Fig. 7. Para fornecer tal manipulação de fase, é fornecida a conversão de um fluxo de dados de áudio digital serial em um formato paralelo de dois bits. Como resultado, a taxa de bits é reduzida pela metade, o que leva a um estreitamento da largura de banda ocupada pelo sinal.

O sinal DQPSK modulado e o sinal FM mono são enviados para o conversor de frequência, onde são transferidos para uma determinada frequência portadora. O sinal de RF é amplificado e irradiado pela antena.

Considere um fragmento do diagrama de blocos de um aparelho de TV com um demodulador e decodificador NICAM embutidos (Fig. 8).

Como de costume, o sinal de transmissão de televisão é alimentado na entrada da antena do seletor de canal (sintonizador), na qual ocorre a seleção e conversão dos sinais de radiofrequência recebidos em sinais de imagem e som IF. Reforçados e passados ​​​​pelo filtro SAW, eles passam para os caminhos de processamento correspondentes da TV.

O filtro passa-banda NICAM (a 5,85 MHz para B, G, H, D, K ou 6,552 MHz para I) separa os sinais NICAM IF, que são amplificados e alimentados ao demodulador NICAM (Figura 9). Seu funcionamento é baseado nos mesmos princípios de um demodulador FM convencional, no qual mudanças na frequência de fase ou oscilação levam a uma mudança na tensão CC de saída. No entanto, com a modulação em quadratura, além do detector de fase em fase, também é usado um demodulador de fase em quadratura, ao qual é aplicado um sinal com deslocamento de fase de 90 ° de um gerador de portadora.

Das saídas do detector e do demodulador, os sinais de dados I e Q passam pelo filtro passa-baixa para o decodificador de lógica diferencial, o dispositivo de recuperação de bit de clock e o PLL. Este último, como sempre, se necessário, gera um sinal de erro que ajusta a frequência e a fase do gerador de portadora. O restaurador de bits de sincronização entra no segundo PLL bloqueado para a taxa de bits. Para garantir a sincronização da taxa de bits, um múltiplo da taxa de bits é usado como frequência do sistema. A taxa de bits é obtida dividindo a frequência do clock do sistema por 8.

O decodificador de lógica diferencial converte os fluxos de dados I e Q nos dados paralelos de dois bits correspondentes, que são então passados ​​para o conversor paralelo para serial, que restaura o fluxo de dados serial original.

O decodificador NICAM (Figura 10) fornece decodificação, desintercalação, expansão de dados, recuperação de palavras originais de 14 bits e controle DAC.

Os dados codificados do demodulador NICAM são alimentados para um detector de palavra de alinhamento de quadro e um decodificador para detecção e decodificação de quadro. Os dados decodificados chegam ao desintercalador, que emite os dados originais de dois canais (L e R) junto com o sinal de identificação do canal desejado. Para desentrelaçar, por analogia com o transmissor, primeiro, o fluxo de dados é gravado nas células ROM bloco a bloco e, em seguida, para reproduzir a ordem de bits correta, o conteúdo das células é lido de acordo com o programa gravado na ROM .

Os dados decodificados também passam para o seletor de modo de operação, que decodifica os bits de controle C0-C4 (ver Fig. 5) e transmite informações sobre o tipo de transmissão para o expansor e outros nós do decodificador, bem como para a TV. Nele, em particular, um sinal de bloqueio de canal de som mono é gerado quando um som estéreo é recebido. Este bloqueio evita que interferências e ruídos do canal mono entrem no amplificador 3H.

Restaurada na ordem correta pelo desintercalador, cada palavra de 11 bits (lembre-se: 10 bits de dados + 1 bit de paridade) é expandida pelo expansor para um formato de 14 bits. O expansor usa fatores de escala embutidos nos bits de paridade, que expandem os códigos de amostra de 10 bits para 14 bits.

O verificador de erros usa bits de paridade para corrigir o fluxo de bits.

Os dados são então corrigidos para pré-ênfase e enviados para a unidade de controle DAC, que gera três sinais: um fluxo de bits de dados, um sinal de identificação e um sinal de clock.

Normalmente, um DAC é usado, que funciona alternadamente nas palavras de código dos sinais L e R. Sinais analógicos de 3 horas são formados nas saídas DAC, que são alimentadas aos amplificadores de potência correspondentes.

Consideremos agora o diagrama esquemático do receptor NICAM (placa K) da TV PHILIPS - 29PT-910V / 42 (58), montado no chassi FL2.24, FL2.26 ou FL4.27 (AA) (Fig. 11). O receptor foi projetado de forma que possa processar sinais dos padrões B, G, H e padrão I.

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O sinal NICAM IF é aplicado aos pinos de entrada da placa 1N43 e 1N50 (IF INPUT). Dois filtros passa-banda 1002 e 1004, conectados em paralelo, garantem a separação dos sinais dos padrões mencionados. A cascata no transistor 7008 desempenha o papel de um seguidor de emissor e no transistor 7009 - um amplificador de sinal IF.

Em seguida, o sinal NICAM (DQPSK) é aplicado ao pino 3 do chip 7000, que atua como um demodulador dos componentes do espectro de áudio NICAM. Também inclui a restauração de intervalos de tempo (bits) do código digital, a conversão do código paralelo do sinal de dados em um serial e o loop de bloqueio de fase da frequência do gerador de portadora dupla.

O diagrama de blocos do chip TDA8732 é mostrado na fig. 12. Através do amplificador limitador dentro do microcircuito, o sinal chega ao detector de fase em fase e ao demodulador de quadratura. Um deles recebeu um sinal de subportadora sem alterar a fase e o outro - deslocado em 90°.

Os sinais I e Q gerados nas saídas desses dispositivos através dos pinos 7 e 6 do microcircuito, filtro passa-baixo (choke 5001, capacitor 2005 e choke 5000, capacitor 2004 na Fig. 11), pinos 8 e 5 do microcircuito passe para o decodificador de lógica diferencial (Fig. 12), um dispositivo de recuperação de bit de relógio e um dispositivo PLL. O primeiro converte os sinais I e Q recebidos em paralelo em dados digitais de dois bits, e o conversor de dados incluído posteriormente os restaura no fluxo serial original.

Na saída do dispositivo de recuperação de bits CLK LPF (pino 1 do microcircuito), um filtro passa-baixo (capacitores 2042, 2012, 2014, resistores 3011, Z010) e um varicap 6006 são ativados (consulte a Fig. 11). Sob a influência do nível de tensão formado no pino 1 do microcircuito, a capacitância do varicap muda, como resultado do ajuste automático do ressonador de quartzo 1001. Isso garante a sincronização do detector de palavra de sincronização de quadro localizado no microcircuito 7001.

Um filtro passa-baixo (capacitores 9, 7000, resistor 2006) e um varicap 2007 são conectados à saída do dispositivo PLL (pino 3005 do microcircuito 6005). , e um gerador de frequência portadora dupla (Fig. 9). É assim que ocorre a sincronização do sistema dos dispositivos demoduladores.

O conversor de dados do 7000 é sincronizado por relógios PCLK externos aplicados ao relógio do temporizador via pino 16 do IC (consulte a Figura 11) do oscilador interno do 7001.

O fluxo de dados serial DATA do pino 15 do 7000 passa pelo pino 21 do 7001 (Figura 13) para o detector e descodificador de palavras de framing. A operação da maioria dos dispositivos do chip SAA7280 coincide com a já descrita na Fig. 10 da parte anterior do artigo dispensa comentários.

Só é necessário acrescentar que a partir do seletor de modo de operação, através do pino 22 do microcircuito (ver Fig. 11), a tensão de controle é fornecida ao interruptor do sinal de áudio e garante que o canal do som monofônico comum seja bloqueado quando o estereofônico é recebido. As saídas restantes do seletor de modo de operação (ver Fig. 11 e 13) não são usadas nesta TV em particular.

Os dispositivos do microcircuito 7001 são controlados por sinais do barramento digital 1C, portanto, uma interface para este barramento é fornecida dentro do microcircuito (Fig. 13). Os sinais de clock SCL são aplicados a ele através do pino 26 do microcircuito (veja a Fig. 11), resistor 3027 e pino 4N43 da placa, e os sinais de dados SDA são recebidos e removidos através do pino 24 do chip, resistor 3026 e pino 5N43 do o quadro.

Do dispositivo de controle do DAC do microcircuito 7001 (Fig. 13), através dos pinos 10, 8 e 9, os sinais digitais de dados SDAT, sincronização SCLK e identificação STIM, respectivamente, passam para os pinos 3, 2 e 1 do 7007 microcircuito (TDA1543), que atua como um DAC. Em suas saídas (pinos 6 e 8), são gerados sinais de áudio estéreo dos canais esquerdo (L) e direito (R), que alimentam o amplificador 3H.

(clique para ampliar)

A Figura 14 mostra um fragmento do diagrama do circuito da placa de som (AUDIO) das TVs SAMSUNG - CS6277PF / PT montadas no chassi SCT51 A. Ressalta-se que no desmodulador-decodificador todos os resistores fixos, exceto RJ08, RJ11, e todos os capacitores não polares são para montagem em superfície (CHIP). O canal de processamento de sinal NICAM nas TVs é construído em um LSI ICJ01 (SAA7283ZP), que executa as funções de um demodulador de sinal DQPSK, um decodificador de sinal demodulado e um DAC (Fig. 15).

O sinal DQPSK NICAM modulado em quadratura (fase) através do pino SIF (QPSK) do conector CN601 (ver Fig. 14) da placa de som e pino 29 do microcircuito (Fig. 15) entra nos filtros passa-banda embutidos nele (5,85 e 6,552 MHz) e um amplificador coberto por AGC e controlado por um controlador AGC interno.

O sinal DQPSK é detectado por um detector de fase com loops de portadora, no qual (dependendo do padrão recebido) é emitida uma tensão de erro, que é então convertida pelo VCO em uma tensão de controle (no nosso caso, no pino 27, veja a Fig. . 14). Também afeta o circuito de ajuste de contorno.

Os sinais I e Q gerados vêm (ver Fig. 15) para o dispositivo de recuperação de bits de sincronização, que, através dos pinos 39 e 40 do microcircuito, atua no oscilador de cristal.

O decodificador NICAM decodifica, desintercala e expande os sinais de dados. Os dados decodificados após o filtro digital serem amplificados, passam pelo dispositivo de correção de pré-distorção e são convertidos pelo chip DAC integrado em sinais de áudio analógicos dos canais L e R. Os sinais L e R passados ​​pelos interruptores de saída dos pinos 15 e 8 do microcircuito, respectivamente, são alimentados ao amplificador 3H.

Outros sinais de áudio também podem ser aplicados às chaves de saída, como um sinal mono de áudio normal na ausência de acompanhamento estéreo. No módulo em questão, um sinal sonoro monofônico vem através dos pinos 7 e 16 do microcircuito, dos capacitores CJ28 e CJ23 e do pino SECAM-L do conector CN601.

Todos os nós do microcircuito são controlados por um controlador combinado com um decodificador NICAM e ROM. O controle é fornecido pelo barramento digital l2C. Para fazer isso, o pino 49 do microcircuito recebe o sinal de clock SCL, o pino 50 é alimentado e o sinal de dados SDA é removido dele.

Literatura

1. ISO/IEC 958. Interface de áudio digital.
2. Radiodifusão e Eletroacústica: Um Livro Didático para Escolas Secundárias/S. I. Alyabiev, A.V. Vyhodets, R.E. Germer et al./Ed. Yu. A. Kovalgina. - M.: Rádio e comunicação, 2000.
3. Kovalgin Yu. Sistemas digitais de radiodifusão e suporte televisivo. Parte II. - Radiodifusão, 2002, n.º 4(24), p. 60-63.
4. Ibrahim K.F. Receptores de televisão. - M.: Mir, 2000.

Autor: A. Peskin, Moscou

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