Квантование ТВ сигнала

Полученные после дискретизации сигналы могут принимать произвольные значения в пределах своего динамического диапазона. Операция квантования сводится к замене всех произвольных значений U(nT) на ряд разрешенных, называемых "уровнями квантования".

Операция квантования, таким образом, приводит к появлению ошибки между U(nT) и U_k(nT), то есть

где - ошибка квантования.

Очевидно, что ошибка квантования зависит от шага квантования и порога квантования:

Рис. 14. Ошибка квантования ТВ сигнала.

Доказывается, что среднеквадратическая ошибка квантования будет минимальной, если порог квантования выбрать посередине между уровнями квантования.

Ошибка квантования вызывает на изображении появление шума квантования, проявляющиеся в появлении ложных контуров. Для того чтобы не были заметны ложные контура, шум квантования не должен превышать 0,5...1%, то есть сигнал должен квантоваться на ~ 256 уровней, то есть восемь разрядов.

Операция квантования и обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый осуществляется с помощью АЦП и ЦАП.

Различают следующие типы АЦП:

-- последовательные АЦП с одиночным приближением,

-- последовательные АЦП с двоично-взвешенным приближением

-- параллельные АЦП

-- параллельно-последовательные АЦП.

Структура последовательного АЦП приведена на рис. 15.

Рис. 15. Структура последовательного АЦП с одиночным приближением.

УВХ - устройство выборки и хранения,

К - компаратор,

СС - схема совпадений,

Сч - счетчик.

Принцип действия такого АЦП заключается в том, что выходной цифровой сигнал изменяется от 0 до исходного значения путем последовательного его увеличения с каждым тактом преобразования на 1 шаг квантования. По структуре это самые простые АЦП. Операция квантования осуществляется с помощью ЦАП и компаратора, а операция кодирования с помощью двоичного счетчика.

Время преобразования t_пр изменяется в зависимости от значения U(nT) и максимально при минимальном значении сигнала. При этом за один интервал дискретизации счетчик должен сосчитать число импульсов, равное числу уровней квантования m, то есть рабочая частота счетчика:

256*13,5 МГц 3,5 ГГц

Такого быстродействия последовательные АЦП не обеспечивает.

Большее быстродействие имеет последовательный АЦП с двоично-взвешенным приближением, структура которого приведена на рис. 16.

Рис. 16. АЦП с двоично-взвешенным приближением.

УВХ - устройство выборки и хранения,

К - компаратор,

УУ - устройство управления,

УР - уравновешивающий регистр,

ВР - выходящий регистр.

В таком АЦП процедура подбора выходного числа ограничивается сравнением входного напряжения только с несколькими выходными числами, а именно с 1 /2, 1/4, 1/8... и тем далее максимальной амплитуды входного напряжения.

Например, нам надо измерить 62 В при шаге квантования 2 В. Первый АЦП должен сделать 31 шаг уравновешивания, а второй тип всего

32D +16D + 8D + 4D +2D, то есть пять шагов уравновешивания.

Для АЦП с одиночным уравновешиванием количество циклов равно

2^k-1, в то время как для АЦП с двоично-взвешенным приближением всего k.

АЦП подобного типа используется в ряде блоков ЦТВ (кодирование цветоразностных сигналов), однако для более широкополосного сигнала яркости быстродействия их не хватает, и используются для этих решений параллельные АЦП (см. рис. 17).