Факсимильные сигналы

Сигналы звукового вещания

Источниками первичных сигналов звукового вещания являются высококачественные микрофоны. Эти сигналы представляют чере­дование сигналов различного вида: речи, 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) 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 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 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.

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.

Рис. Структурная схема формирования и передачи факсимильного сигнала

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 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.

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

Гц (8)

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 = 1465 Гц для N = 120 об/мин, = 1100 Гц для N = 90 об/мин и = 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. 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 D_ф 25 дБ.

Пик-фактор факсимильного сигнала Q_ф определяется из соот­ношения

,

где и - 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 р_i = 1/к, где к - 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 Q_ф 4,4 дБ. Заметим, что увеличение числа градаций яркости мало влияет на рост пик-фактора. Несложно показать, что при пик-фактор стремится к величине = 4,8 дБ.

Динамический диапазон факсимильных сигналов 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 засчет 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.