Первичный факсимильный сигнал

Первичный сигнал 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.

Частотный спектр сигналов вещания занимает полосу частот от 15 (звук барабана) до 20000 Гц. Однако в зависимости от требований к качеству воспроизведения эффективно передаваемая полоса частот (ЭППЧ) DF_зв, отводимая для передачи сигналов вещания, может быть значительно ограничена. Для достаточно высокого качества воспроизведения сигналов звукового вещания его ЭППЧ должна составлять 50-10000 Гц. Для получения безукоризненного воспроизведения программ вещания полоса частот сигнала вещания должна составлять 30-15000 Гц.

Значение средней мощности сигнала вещания W_ср.зв существенно зависит от интервала усреднения. В точке с нулевым относительным уровнем мощность сигнала составляет 923 мкВт 0 при усреднении за час, 2230 мкВт 0 – за минуту и 4500 мкВт 0 – за секунду. Максимальная мощность сигнала звукового вещания W_{макс.зв} в этой же точке составляет 8000 мкВт 0.

Динамический диапазон сигнала вещания D_зв весьма широк, поскольку 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 достаточно динамического диапазона 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.

Первичный факсимильный сигнал получается при помощи процесса электрооптической развертки неподвижного изображения, заключающегося в преобразовании светового потока, отражаемого элементами изображения, в электрический сигнал.

Упрощенная схема формирования и передачи первичного факсимильного сигнала приведена на рис. 2.3.

Рисунок 2.3 - Структурная схема формирования и передачи факсимильного сигнала

Передаваемое неподвижное изображение (оригинал) располагается на вращающемся с помощью электрического двигателя Д барабане передающего факсимильного аппарата. Оптическая система передатчика факсимильного аппарата, состоящего из осветительного элемента ОЭ (светодиод, лазерный диод) и системы оптических линз Л₁- Л₃ создает на поверхности изображения яркое световое пятно малого диаметра, которое перемещается вдоль оси вращающегося барабана. При вращении барабана световое пятно по спирали обегает барабан и сканирует элементы изображения. Отраженный элементами изображения световой поток воздействует на фотоэле - мент ФЭ, создавая в его цепи тем больший фототок, чем светлее (белее) элемент изображения. В результате в цепи ФЭ получается пульсирующий фототок, мгновенное значение которого определяется отражающей способностью элементов изображения.

Формируемый на выходе ФЭ сигнал - это первичный факсимильный сигнал. Этот сигнал поступает в Передатчик, согласующий параметры сигнала с параметрами канала передачи. ВПередатчике сигнал может быть преобразован в цифровую форму, закодирован тем или иным кодом (эффективным, помехоустойчивым), модулируется, затем поступает в канал передачи.

С выхода канала передачи факсимильный сигнал поступает в Приемник, а 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.

Спектр первичного факсимильного сигнала определяется характером передаваемого изображения, скоростью развертки (вращения барабана) и размерами анализирующего светового пятна.

Максимальная частота факсимильного сигнала получается при чередовании черных и белых полей изображения, ширина которых равна диаметру светового анализирующего пятна. В этом случае

, Гц, (2.16)

где D – диаметр барабана, мм; N –скорость вращения барабана, об/мин;

d – диаметр светового анализирующего пятна, мм.

Международным союзом электросвязи (МСЭ-Т) 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 (2.16) 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 D_ф @ 25 дБ.

Пик-фактор факсимильного сигнала Q_ф определяется из соотношения

Q_ф = 20 lg (U_макс.ф / U_ср.ф ),

где U_макс.ф и U_ср.ф – максимальное и среднеквадратическое значение напряжения факсимильного сигнала соответственно. Пик-фактор факсимильного сигнала определяется из следующих рассуждений. Предположим, что все градации яркости полутонового изображения равновероятны, т.е. появление i – ой градации р_i = 1/k, где k – количество градаций яркости, обеспечивающих заданное качество передачи. Пронумеруем в порядке возрастания уровни сигнала, соответствующие различным градациям яркости таким образом, что напряжение i – го уровня будет равно U_i = U_макс.ф / k, а среднеквадратическое значение сигнала

.

Известно, что и поэтому . Следовательно,

. (2.17)

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. Можно показать, что при k ® ¥ пик-фактор стремится к величине Q_макс.ф = 4,8 дБ.

Динамический диапазон факсимильных сигналов согласно вышеприведенным рассуждениям равен

. (2.18)

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

I_ф= 6,64 f_фmax lg k =2 f_фmaxlog₂k, (2.19)

где k- число градаций.

Для штриховых изображений k = 2 и I_ф = 2 f _{ф max .}

Одним из важнейших видов факсимильной связи является передача газет в пункты их децентрализованного 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 и число градаций яркости k =2. Потенциальный информационный объем такого сигнала, согласно (2.19) равен 360 кбит/с.