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無線電子工学および電気工学の百科事典 立体音響も承ります。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / Телевидение 14 年 2003 月 XNUMX 日、ロシアのテレビのチャンネル XNUMX は、ステレオ音声付きの多数の番組を定期的に放送し始めました。 これらは、様式化された XNUMX つのテレビ画面を重ね合わせた形の特別なアイコンで画像上にマークされます。 もちろん、モノラル音声信号の伝送も維持されます。 このような放送は、1967 年から稼働していた古い送信機に代わるオスタンキノ テレビ塔の新しい送信機の試運転に関連して可能になりました。 - オスタンキノのテレビセンターからの放送開始日より。 古い送信機は当面はバックアップとして使用されます。 モスクワおよびモスクワ地方の居住者は、テレビに復調器 (副搬送波周波数 5,85 MHz の DQPSK 位相変調方式で送信される NICAM 信号のデコーダ) が装備されている場合、ステレオ サウンドを受信できます。 画像の搬送周波数とラジオ チャネルの通常のモノラル サウンドの間の分離は、標準 D (MB 用) および K (UHF 用) で規定されているように 6,5 MHz であることを思い出してください。 NICAM ステレオ サウンド信号がどのように形成、送信、受信されるかについては、公開資料のこの部分とその後の部分で説明されています。 最近まで、我が国では放送中のテレビ番組の立体音響伴奏は行われていなかったため、このような放送システムへの関心はほとんどありませんでした。 同時に、海外でも成功を収めています。 その中で最も人気のあるものの 1987 つは、テレビ放送用の NICAM (Near Instantaneously Companded Audio Multiplex) ステレオ サウンド システムです。 英国放送会社 BBC (BBC) によって開発され、1988 年に初めて CCIR に提出されました。XNUMX 年にサービスが開始され、現在では英国、スウェーデン、デンマーク、その他のヨーロッパ諸国の地上波テレビと衛星テレビの両方で広く使用されています。放送。 用語集
テレビ放送の「ファースト チャンネル」は、この特定のシステムを使用して多くの番組のステレオ音声伴奏を実行し始めたため、読者は NICAM 信号の生成、無線周波数規格 B に従った送信と受信の原理をよく理解しておく必要があります。 G、H、I、および特定の方式のテレビ受信機信号デコーダ。 このシステムは総速度 728 kbps の伝送を提供するため、文献では NICAM-728 と呼ばれることがよくあります [1-4]。 CCIR 勧告 707 に従って、このシステムは地上波テレビ装置がアナログビデオ信号の送信に加えてデジタルオーディオの導入を必要とする場合に使用されます。 送信には 1 つの搬送波周波数が使用されます (図 3)。その主周波数 f3 ocn は、通常どおりテレビ番組用のアナログ モノラル音声信号によって周波数変調され、追加の fXNUMX 付加周波数は NICAM デジタルによって変調されます。ステレオ音響信号。
オーディオ キャリアは、B、G、H、および 5,5 の画像キャリアからの 5,85 MHz (プライマリ) と 6 MHz (サブ) と、I の 6,552 MHz です。この単一の NICAM キャリアは、XNUMX つの高品質オーディオ L (左) と XNUMX つの高品質オーディオ キャリアを提供します。 R（右）チャンネル信号。 B、G、H、I 標準の NICAM サウンド キャリアは、通常のサウンド キャリアよりわずかに高い周波数に位置しますが、無線チャネルの周波数帯域内にあります。 NICAM システムの主なパラメータを表に示します。
図2に示した送信機の簡略化した構造図に従って、NICAMシステムの信号形成原理を考えてみましょう。 17. L チャネルと R チャネルからのアナログ オーディオ信号を多重化 ADC に適用する前に、それぞれのチャネルにプリエンファシスが導入されます。 これらは、国際標準 (CCITT 勧告 J.XNUMX) によって、信号の RF 成分をいくらかブーストすることが要求されています。 プリエンファシスを使用すると、主にこの間隔に存在するノイズのレベルを低減できます。 受信機では、LF 成分と HF 成分の比率がプリディストーション補正回路によって復元され、HF 成分の振幅が低減されます。
家庭用機器から高品質のサウンドを得るには、15 kHz のオーディオ周波数帯域で十分であることが知られています。 したがって、アナログオーディオ信号をデジタルに変換するときの最小サンプリング（サンプリング）周波数は、上限オーディオ周波数の 30 倍、つまり 32 kHz に等しくなければなりません。 ただし、実際には、信号のエイリアシングや関連する歪みを防ぐために、わずかに高い XNUMX kHz のサンプリング レートが使用されます。 L 信号と R 信号のサンプリングは同時に行われ、その後、ADC は 14 つの L 信号サンプルのグループを 32 ビットのコード化ワードに変換し、続いて同じグループの R 信号サンプル、次に再び L ワードを変換します。振り向く。 ADC 出力信号は、各チャネルの 14 個のサンプルのグループである連続したデータ セグメントで構成されます。 信号を 16384 ビットでデジタル化すると、高品質サウンドの再生に十分な量子化レベル (XNUMX) を取得できます。 32 kHz のサンプリング周波数で信号をデジタル化するための前述の条件下では、かなり高いデータ レートが必要となり、その結果、無線チャネルの周波数帯域に適合しない非常に広い周波数帯域が必要になります。 したがって、実際には、（システムの名前が示すように）ほぼ瞬時のデジタル コンパンディングが使用され、これにより、再生信号の品質を劣化させることなく、サンプルあたりのビット数とビット レートを 14 から 10 に減らすことができます。 デジタル コンパンディングの方法は、バイナリ コードの各ビットの値が音声信号のレベルに依存し、音声信号が各瞬間に特定のコード化されたサンプルを表すという事実に基づいています。 したがって、大きな音、つまり信号振幅が大きい場合、最下位ビットの影響は非常に小さく、無視できます。 静かな音（カウント値が100 ... 200 μVを超えない）では、最下位ビットを無視することはできません。 したがって、NICAM デジタル コンパンダは 14 ビット コードを 10 ビット コードに変換します。弱い信号の場合は元の 14 ビット サンプルが保持され、高レベル信号の場合は XNUMX ～ XNUMX 個の最下位ビットが破棄されます。 より効率的な圧伸処理を行うために、場合によっては上位ビットも除外されます。 たとえば、13 番目のビットが 14 番目のビットと一致する場合は除外されます。 12 番目のビット - 13 番目と 14 番目の両方に一致する場合など。14 番目のビットは信号の極性を示すため、常に存在します。 最上位ビットが削除された場合、システムは、スケール ファクターを使用したコーディングと呼ばれる、受信機でそれらを復元する方法を提供します。 これは、その後の復元のために除外される上位ビットの数を受信機に伝える XNUMX ビットのコードです。 信号処理の次の段階では、各サンプルのコードにパリティ ビットを追加し、11 ビット コードを形成します。 パリティ ビットは、最上位 XNUMX ビットにエラーが存在するかどうかをチェックするために必要です。 32 個の 11 ビット サンプル L1 ～ L32 (L チャネル内) および R1 ～ R32 (R チャネル内) からパリティ ビットを追加するデバイスの出力では、セグメントと呼ばれるグループが形成されます (図 3)。ブロック シェーパに到達し、次にループ形成マルチプレクサに到達します。 サイクル (フレーム、フレーム) を形成する前に、データ ストリームは 704 ビットのデータ ブロックに編成され、各データ ブロックには 4 つのセグメント (各チャネルから XNUMX つ) が含まれ、ブロックは図に示すように多重化されます。 XNUMX.
音声データの各ブロックの前には、同期と制御に必要な追加の 24 ビットの情報が付加されます (図 5)。 フレーミング ワードは TV の NICAM レシーバーを同期し、常に 01001110 です。ビット C0 ～ C4 は、フレーム フラグと呼ばれる CO ビットとともにデコーダの制御と同期に必要です。
次に、ビット単位のインターリーブが適用されます。 ビット エラー (エラーのバースト) を最小限に抑える必要があります。ビット エラーはノイズや干渉によって引き起こされ、隣接するいくつかのビットを歪ませる可能性があります。 ビット インターリーバーは、隣接するビットを 16 クロック サイクルごとに分離します (つまり、それらの間には他の 15 ビットがあります)。 したがって、エラーのパケットは通常 16 ビットを超えないため (これが最も可能性が高い)、TV では単一ビット エラーの形でさまざまなサンプルに分散され、これは実質的に音質には影響しません。 ビット インターリーバーには RAM が含まれており、704 ビット ブロックのデータが最初に書き込まれ、次に上記のシーケンスでそこから読み取られます。 読み取り順序は ROM (アドレス シーケンス センサーとも呼ばれます) に保存されます。 テレビでは、元のビット シーケンスを復元するために、同様の ROM が使用されました。
信号がランダムであると認識されるように、つまりエネルギーが均一に分布しているように、また周波数変調器からの通常のオーディオ信号が NICAM オーディオ信号に及ぼす影響を軽減するために、ビット ストリームはスクランブル デバイスに渡されます。 。 明らかに、フレーミングワードのビットはスクランブルされていません。 テレビは、オーディオ データ ビットのスクランブル解除と呼ばれる逆の手順を実行して、オーディオ データ ビットを元の形式に戻します。 NICAM システムでは、QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 音声搬送波位相変調方式を使用して、無線チャネル上でデジタル信号を送信します。 ただし、スクランブルされたデジタル オーディオ データ ストリームは、変調器に供給される前に差分エンコードされるため、キーイングは差分 (Differential)、つまり DQPSK とも呼ばれます。 これは、テレビが同期復調だけでなく、より単純な復調も使用できるようにするために必要です。 位相シフト キーイングは最も経済的な変調形式で、搬送波の周波数は一定に保たれますが、その位相はデータ ビットの状態に応じて変化します。 四相位相シフト キーイング (四位置キーイングとも呼ばれる) には、45°、135°、225°、および 315° の 90 つの位相値があります。 これらを取得するには、まず搬送波位相を 45° シフトし、180 つの直交データ信号 I と Q を生成します。その結果、位相が 6° になる信号が作成されます。 次に、残りの結果ベクトルを形成するために、これら XNUMX つの信号に XNUMX 度の位相変化が加えられます (図 XNUMX)。 各ベクトルは、XNUMX 進数の XNUMX ビットで表すことができます。
したがって、図のタイミング図に示すように、提示されたビット パターンは、前の信号の位相に対してさまざまな角度で搬送波の位相を変更します。 このような位相操作を提供するために、シリアルデジタルオーディオデータストリームのパラレル２ビットフォーマットへの変換が提供される。 その結果、ビットレートが半分に低下し、信号が占有する帯域幅が狭くなります。
変調された DQPSK 信号と FM モノラル信号は周波数コンバーターに送信され、そこで所定の搬送周波数に転送されます。 RF 信号はアンテナによって増幅され、放射されます。 NICAM 復調器とデコーダが組み込まれた TV セットのブロック図の一部を考えてみましょう (図 8)。
通常どおり、放送テレビ信号はチャネル セレクター (チューナー) のアンテナ入力に供給され、そこで受信された無線周波数信号の選択と IF 画像および音声信号への変換が行われます。 強化されて SAW フィルターを通過すると、TV の対応する処理パスに入ります。 NICAM バンドパス フィルタ (B、G、H、D、K の場合は 5,85 MHz、I の場合は 6,552 MHz) は NICAM IF 信号を分離し、信号は増幅されて NICAM 復調器に供給されます (図 9)。 その動作は従来の FM 復調器と同じ原理に基づいており、位相または発振周波数の変化により出力 DC 電圧が変化します。 ただし、直交変調では、同相位相検出器に加えて、直交位相復調器も使用され、搬送波発生器からの 90 度位相シフトされた信号が適用されます。
検出器と復調器の出力から、I および Q データ信号はローパス フィルターを通過して、差動ロジック デコーダー、クロック ビット リカバリ デバイス、および PLL に渡されます。 後者は、通常どおり、必要に応じて、搬送波発生器の周波数と位相を調整するエラー信号を生成します。 同期ビット復元器は、ビット レートにロックされた 8 番目の PLL に入ります。 ビット レートの同期を確実にするために、ビット レートの倍数がシステム周波数として使用されます。 ビットレートは、システムクロック周波数を XNUMX で割ることによって得られます。 差動ロジック デコーダは、I および Q データ ストリームを対応する XNUMX ビットのパラレル データに変換し、パラレル/シリアル コンバータに渡し、元のシリアル データ ストリームを復元します。 NICAM デコーダ (図 10) は、デスクランブル、デインターリーブ、データ拡張、元の 14 ビット ワードの回復、および DAC 制御を提供します。
NICAM 復調器からのエンコードされたデータは、フレーム検出とデスクランブルのためにフレーム アラインメント ワード検出器とデスクランブラに供給されます。 デスクランブルされたデータはデインターリーバーに到着し、元の XNUMX チャンネル (L および R) データが目的のチャンネル識別信号とともに出力されます。 デインターリーブの場合、送信機と同様に、まずデータ ストリームが ROM セルにブロックごとに書き込まれ、次に正しいビット順序を再現するために、ROM に記録されているプログラムに従ってセルの内容が読み取られます。 。 デスクランブルされたデータは動作モード セレクターにも渡され、制御ビット C0 ～ C4 (図 5 を参照) がデコードされ、送信の種類に関する情報がエクスパンダやデコーダーの他のノード、さらに TV に送信されます。 その中で、特に、ステレオサウンドが受信されると、モノラルサウンドチャンネルブロッキング信号が生成される。 このブロッキングにより、モノラルチャンネルからの干渉やノイズが 3H アンプに入るのを防ぎます。 デインターリーバーによって正しい順序で復元された各 11 ビット ワード (思い出してください: 10 データ ビット + 1 パリティ ビット) は、エクスパンダによって 14 ビット形式に拡張されます。 エクスパンダはパリティ ビットに埋め込まれたスケール ファクタを使用し、10 ビットのサンプル コードを 14 ビットに拡張します。 エラー チェッカーはパリティ ビットを使用してビット ストリームを修正します。 次に、データはプリエンファシス用に補正され、DAC 制御ユニットに供給され、データ ビット ストリーム、識別信号、クロック信号の XNUMX つの信号が生成されます。 通常、L 信号と R 信号のコードワードを交互に処理する 3 つの DAC が使用され、DAC 出力でアナログ XNUMX 時間信号が形成され、対応するパワーアンプに供給されます。 ここで、シャーシ FL29、FL910、または FL42 (AA) に組み立てられた PHILIPS TV - 58PT-2.24V / 2.26 (4.27) の NICAM 受信機 (ボード K) の概略図を考えてみましょう (図 11)。 XNUMX)。 受信機は、標準 B、G、H、および標準 I の両方の信号を処理できるように設計されています。
NICAM IF 信号は、ボード入力ピン 1N43 および 1N50 (IF INPUT) に適用されます。 並列接続された２つのバンドパスフィルタ１００２および１００４は、前述の規格の信号の分離を保証する。 トランジスタ７００８のカスケードはエミッタフォロワの役割を果たし、トランジスタ７００９はＩＦ信号増幅器の役割を果たす。 次に、NICAM (DQPSK) 信号が 3 チップのピン 7000 に適用され、NICAM オーディオ スペクトル コンポーネントの復調器として機能します。 また、デジタル コードの時間間隔 (ビット) の復元、データ信号のパラレル コードからシリアル コードへの変換、ダブル キャリア ジェネレーターの周波数の位相ロック ループも含まれます。 TDA8732 チップのブロック図を図に示します。 12. 信号は超小型回路内の制限アンプを通って、同相位相検出器と直交復調器に到着します。 そのうちの90つは位相を変更せずに副搬送波信号を受信し、もうXNUMXつはXNUMX°シフトして受信しました。
マイクロ回路のピン 7 および 6、ローパス フィルター (図 5001 のチョーク 2005、コンデンサ 5000 およびチョーク 2004、コンデンサ 11)、マイクロ回路のピン 8 および 5 を介して、これらのデバイスの出力で生成される I および Q 信号差動論理デコーダ (図 12)、クロック ビット回復デバイス、および PLL デバイスに渡されます。 最初の信号は、並列に受信した I 信号と Q 信号を XNUMX ビットのデジタル データに変換し、その後に含まれるデータ コンバーターがそれらを元のシリアル ストリームに復元します。 ＣＬＫ ＬＰＦビット回復デバイスの出力（マイクロ回路のピン１）において、ローパスフィルタ（コンデンサ２０４２、２０１２、２０１４、抵抗器３０１１、Ｚ０１０）およびバリキャップ６００６がオンになる（図１１を参照）。 マイクロ回路のピン 1 で形成される電圧レベルの影響下で、バリキャップの静電容量が変化し、その結果として水晶共振器 2042 が自動的に調整され、2012 マイクロ回路にあるフレーム同期ワード検出器の同期が保証されます。 ローパスフィルター（コンデンサー9、7000、抵抗器2006）と2007バリキャップは、PLLデバイスの出力（3005マイクロ回路のピン6005）とダブルキャリア周波数発生器に接続されています（図9）。 これが、復調装置のシステム同期が行われる方法です。 7000 のデータ コンバータは、16 の内部発振器から IC のピン 11 (図 7001 を参照) を介してタイマー クロックに適用される外部 PCLK クロックによってクロックされます。 15 のピン 7000 からのシリアル データ ストリーム DATA は、21 のピン 7001 (図 13) を経由して、フレーミング ワード検出器およびデスクランブラに送られます。 SAA7280 チップのほとんどのデバイスの動作は、図ですでに説明した動作と一致します。 記事の前の部分の 10 についてはコメントは不要です。
動作モードセレクターから、超小型回路のピン 22 (図 11 を参照) を介して制御電圧がオーディオ信号スイッチに供給され、ステレオ音響のときに通常のモノラルサウンドのチャンネルが確実にブロックされることを追加する必要があるだけです。受け取った。 動作モードセレクターの残りの出力 (図 11 および 13 を参照) は、この特定の TV では使用されません。 7001 マイクロ回路のデバイスは 1C デジタル バスからの信号によって制御されるため、このバスのインターフェイスがマイクロ回路内に提供されます (図 13)。 SCL クロック信号は、マイクロ回路のピン 26 (図 11 を参照)、抵抗器 3027、およびボードのピン 4N43 を介してそれに適用され、SDA データ信号は、チップのピン 24、抵抗器 3026、およびボードのピン 5N43 を介して受信および除去されます。ボード。 7001 マイクロ回路 (図 13) の DAC の制御デバイスから、ピン 10、8、9 を介して、SDAT データ、SCLK 同期、STIM 識別のデジタル信号がそれぞれ、 3 マイクロ回路 (TDA2)、DAC として機能します。 その出力 (ピン 1 と 7007) で、左 (L) チャンネルと右 (R) チャンネルのステレオ オーディオ信号が生成され、1543H アンプに供給されます。
図 14 は、SCT6277 A シャーシに組み立てられた SAMSUNG - CS51PF / PT TV のサウンドボード (AUDIO) の回路図の一部を示しています. 復調器デコーダでは、RJ08、RJ11、すべての無極性コンデンサは表面実装 (CHIP) 用です。 TV の NICAM 信号処理チャネルは、DQPSK 信号復調器、復調信号デコーダ、および DAC の機能を実行する 01 つの LSI ICJ7283 (SAA15ZP) 上に構築されています (図 XNUMX)。
直交（位相）変調された DQPSK NICAM 信号は、サウンド カードの CN601 コネクタの SIF (QPSK) ピン (図 14 を参照) およびマイクロ回路のピン 29 (図 15) を介して、内蔵のバンドパス フィルターに入ります。 (5,85 および 6,552 MHz) および AGC によってカバーされ、内部 AGC コントローラーによって制御されるアンプ。 DQPSK 信号は、キャリア ループを備えた位相検出器によって検出され、そこで (受信した規格に応じて) エラー電圧が生成され、VCO によって制御電圧に変換されます (この場合、ピン 27 で、図を参照) .14）。 輪郭調整回路にも影響します。 生成された I 信号と Q 信号は (図 15 を参照) 同期ビット回復デバイスに送られ、マイクロ回路のピン 39 と 40 を介して水晶発振器に作用します。 NICAM デコーダは、データ信号のデスクランブル、デインターリーブ、および伸張を行います。 デジタルフィルターで増幅されたデコードデータは、プリディストーション補正装置を経て、内蔵DACチップによりL、Rチャンネルのアナログオーディオ信号に変換され、端子からスイッチ出力されます。マイクロ回路の 15 と 8 は、それぞれ 3H アンプに供給されます。 ステレオ伴奏がない場合の通常のオーディオのモノラル信号など、他のオーディオ信号も出力スイッチに適用できます。 検討中のモジュールでは、モノラル音声信号がマイクロ回路のピン 7 と 16、コンデンサ CJ28 と CJ23、および CN601 コネクタの SECAM-L ピンを経由して届きます。 マイクロ回路のすべてのノードは、NICAM デコーダと ROM を組み合わせたコントローラによって制御されます。 制御はデジタル バス I2C によって提供されます。 これを行うには、マイクロ回路のピン 49 が SCL クロック信号を受信し、ピン 50 に供給されて SDA データ信号がそこから除去されます。 文学
著者: A.ペスキン、モスクワ
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