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无线电电子与电气工程百科全书 我们接受立体声。 无线电电子电气工程百科全书
14年2003月XNUMX日，俄罗斯电视台第一频道开始定期播出一批立体声伴奏节目。 它们在图像上用一个特殊的图标标记，该图标的形式是两个叠在一起的风格化电视屏幕。 当然，单声道声音信号的传输也被保留了。 随着奥斯坦金诺电视塔调试一台新发射机以取代自 1967 年以来一直运行的旧发射机，此类广播成为可能。 - 从奥斯坦金诺电视中心开始广播之日起。 旧的发射机暂时将用作备份。 莫斯科和莫斯科地区的居民如果他们的电视配备了解调器，即通过 DQPSK 相位调制方法以 5,85 MHz 副载波频率传输的 NICAM 信号的解码器，就可以接收立体声。 回想一下，图像的载波频率与无线电频道中常见的单声道声音之间的间隔为 6,5 MHz，正如我们的标准 D（针对 MB）和 K（针对 UHF）中所规定的那样。 已发表材料的本部分和后续部分描述了丽音立体声信号如何形成、传输和接收。 直到最近，我国还没有开展电视广播节目的立体声伴奏，因此人们对此类广播系统兴趣不大。 同时，它们也在国外成功运营。 其中最受欢迎的系统之一是用于电视广播的 NICAM（近瞬时压扩音频复用）立体声系统。 它由英国广播公司 BBC (BBC) 开发，并于 1987 年首次提交给 CCIR。它于 1988 年投入使用，目前在英国、瑞典、丹麦和其他欧洲国家的地面和卫星电视中广泛使用广播。 术语表
由于电视广播的“第一频道”开始使用该特定系统对其许多节目进行立体声伴奏，因此读者应熟悉丽音信号产生的原理，以及根据射频标准B、 G、H、I以及电视接收机信号解码器的具体方案。 由于该系统提供的传输总速度为 728 kbps，因此在文献中它通常被称为NICAM-728 [1-4]。 根据 CCIR 建议 707，该系统用于地面电视设备在传输模拟视频信号的同时还需要引入数字音频的情况。 对于其传输，使用两个载波频率（图 1），其中的主频率 f3 ocn 像往常一样由电视节目的模拟单声道声音信号进行频率调制，附加的 f3 附加频率由丽音数字调制立体声信号。
对于 B、G、H 标准，音频载波为 5,5 MHz（主）和 5,85 MHz（次） MHz，对于 I 标准，来自图像载体 f、L（左）和 R（右）通道信号的音频载波为 6 和 6,552 MHz 。 B、G、H、I标准中的丽音声音载波位于比普通声音载波稍高的频率，但在无线电频道的频带内。 丽音系统主要参数如表所示。
我们根据图2所示发射机的简化结构图来考虑丽音系统信号形成的原理。 17. 在将来自 L 和 R 通道的模拟音频信号应用到多路复用 ADC 之前，在每个通道中引入预加重。 国际标准（CCITT 建议 J.XNUMX）要求它们为信号的射频分量提供一定的增强。 预加重可以降低主要位于该区间的噪声水平。 在接收器中，通过预失真校正电路恢复低频和高频分量的比例，从而降低高频分量的幅度。
众所周知，15kHz音频频段足以让家用设备获得高质量的声音。 由此可见，将模拟音频信号转换为数字信号时的最小采样频率应等于上限音频频率的两倍，即 30 kHz。 然而，实际上，为了防止信号混叠和相关失真，使用稍高的 32 kHz 采样率。 L 和 R 信号中的采样同时发生，之后 ADC 将一组三个 L 信号样本转换为 14 位编码字，然后是同一组 R 信号样本，然后是 L 字，依此类推。转动。 ADC 输出信号由连续的数据段组成，这些数据段是每个通道的 32 个样本组。 信号的 14 位数字化允许您获得大量量化级别 (16384)，这对于高质量声音再现来说是完全可以接受的。 在上述以32kHz采样率对信号进行数字化的条件下，需要相当高的数据速率，因此需要非常宽的频带，这不适合无线电信道的频带。 因此，在实践中，使用几乎瞬时的数字压扩（如系统名称所示），这允许您将每个样本的位数从 14 减少到 10，并在不降低再现信号质量的情况下降低比特率。 数字压扩方法基于这样的事实：二进制代码的每一位的值取决于声音信号的电平，该声音信号在每个时刻代表特定的编码样本。 因此，对于响亮的声音，即信号幅度较大时，最低有效位的影响非常小，可以忽略不计。 对于安静的声音（计数值不超过 100 ... 200 μV），不能忽略最低有效位。 因此丽音数字压缩扩展器将14位编码变成10位编码：对于弱信号，保留原来的14位样本，对于高电平信号，丢弃XNUMX到XNUMX个最低有效位。 为了更有效地压扩，在某些情况下还排除一些较高位。 例如，第13位与第14位匹配则排除； 第 12 位 - 如果它与第 13 位和第 14 位都匹配，等等。第 14 位始终存在，因为它指示信号的极性。 当最高有效位被删除时，系统提供了一种在接收器处恢复它们的方法，称为比例因子编码。 它是一个三位代码，告诉接收器为后续恢复而排除的高位的数量。 信号处理的下一阶段是在每个样本的代码中添加奇偶校验位并形成11位代码。 需要奇偶校验位来检查六个最高有效位是否存在错误。 在用于从 32 个 11 位样本 L1 - L32（在 L 通道中）和 R1 - R32（在 R 通道中）添加奇偶校验位的设备的输出处，形成称为段的组（图 3），首先到达块整形器，然后 - 到达环路形成复用器。 在形成周期（帧、帧）之前，数据流被组织成704位数据块，每个数据块包含两个段（每个通道一个），并且块被复用，如图4所示。 XNUMX.
每个音频数据块前面都有同步和控制所需的附加 24 位信息（图 5）。 成帧字与电视的丽音接收器同步，始终为01001110，需要位C0-C4来控制和同步解码器，其中CO位称为帧标志。
接下来，应用按位交织。 需要最大限度地减少比特错误（错误突发），这些错误是由噪声和干扰引起的，并且可能会使多个相邻比特失真。 位交织器将相邻位彼此分开 16 个时钟周期（即，它们之间有 15 个其他位）。 因此，由于错误数据包通常不超过 16 位（这是最有可能的），因此在电视上它会以单位错误的形式分散在各个样本中，这实际上不会影响声音质量。 位交织器包含一个 RAM，其中 704 位块的数据首先按照上述顺序写入，然后从中读取。 读取顺序存储在ROM中，也称为地址顺序传感器。 电视中使用了类似的 ROM 来恢复原始的位序列。
为了使信号被感知为随机的，即具有均匀的能量分布，并减少来自调频器的正常音频信号对丽音音频信号的影响，比特流被传递到加扰装置。 显然，帧字的比特没有扰乱。 电视执行相反的过程，称为解扰音频数据位，将它们恢复到原始形式。 在NICAM系统中，QPSK（正交相移键控）声音载波相位键控方法用于通过无线电信道传输数字信号。 然而，加扰的数字音频数据流在馈送到调制器之前经过差分编码，因此键控也称为差分(DQPSK)。 这是必要的，这样电视不仅可以使用同步解调，还可以使用一种更简单的解调——差分解调。 相移键控是最经济的调制形式，其中载波的频率保持恒定，而其相位根据数据位的状态而变化。 正交相移键控，也称为四位置键控，有四个相位值：45°、135°、225° 和 315°。 为了获得它们，首先将载波相位移动 90°，并形成两个正交数据信号：I 和 Q。结果，产生一个最终相位为 45° 的信号。 然后，为了形成剩余的结果矢量，这两个信号经历 180° 的相位变化（图 6）。 每个向量都可以用二进制数的两位来表示：
因此，所呈现的位模式相对于先前信号的相位以不同的角度改变载波的相位，如图7的时序图所示。 XNUMX.为了提供这样的相位操作，提供了将串行数字音频数据流转换成并行两位格式的转换。 结果，比特率降低了一半，从而导致信号占用的带宽变窄。
调制后的 DQPSK 信号和 FM 单声道信号被发送到变频器，并在变频器中转换为给定的载波频率。 RF信号被天线放大并辐射。 考虑带有内置丽音解调器和解码器的电视机的框图片段（图 8）。
与往常一样，广播电视信号被馈送到频道选择器（调谐器）的天线输入端，其中将接收到的射频信号选择并转换为 IF 图像和声音信号。 经过SAW滤波器增强后，它们进入电视相应的处理路径。 NICAM 带通滤波器（B、G、H、D、K 为 5,85 MHz，I 为 6,552 MHz）分离 NICAM IF 信号，这些信号被放大并馈送到 NICAM 解调器（图 9）。 其工作原理与传统的 FM 解调器相同，其中相位或振荡频率的变化导致输出直流电压的变化。 然而，对于正交调制，除了同相鉴相器之外，还使用正交相位解调器，向其施加来自载波发生器的90°相移信号。
从检测器和解调器输出，I 和 Q 数据信号通过低通滤波器到达差分逻辑解码器、时钟位恢复器件和 PLL。 后者如往常一样，如有必要，会生成一个误差信号来调整载波发生器的频率和相位。 同步位恢复器进入锁定到位速率的第二个 PLL。 为了保证比特率同步，系统频率采用比特率的倍数。 比特率是系统时钟频率除以8得到的。 差分逻辑解码器将I和Q数据流转换为相应的两位并行数据，然后将其传递到并串转换器，由并串转换器恢复原始串行数据流。 NICAM 解码器（图 10）提供解扰、解交织、数据扩展、原始 14 位字恢复和 DAC 控制。
来自NICAM解调器的编码数据被馈送到帧对齐字检测器和解扰器以进行帧检测和解扰。 解扰后的数据到达解交织器，解交织器输出原始的两通道（左和右）数据以及所需的通道识别信号。 对于解交织，与发送器类似，首先将数据流逐块写入ROM单元，然后，为了再现正确的位顺序，根据ROM中记录的程序读取单元的内容。 解扰后的数据还传递到操作模式选择器，该选择器对控制位 C0-C4 进行解码（见图 5），并将有关传输类型的信息传输到扩展器和解码器的其他节点以及电视。 其中，具体地，当接收立体声时，产生单声道阻塞信号。 这种阻塞可防止来自单声道通道的干扰和噪声进入 3H 放大器。 由解交织器以正确的顺序恢复后，每个 11 位字（回想一下：10 个数据位 + 1 个奇偶校验位）由扩展器扩展为 14 位格式。 扩展器使用嵌入在奇偶校验位中的比例因子，将 10 位样本代码扩展为 14 位。 错误检查器使用奇偶校验位来纠正比特流。 然后，数据经过预加重校正并馈送到 DAC 控制单元，该单元生成三个信号：数据位流、识别信号和时钟信号。 通常使用一个DAC，它交替工作在L和R信号的码字上，在DAC输出处形成模拟3小时信号，该信号被馈送到相应的功率放大器。 现在让我们考虑一下组装在机箱 FL29、FL910 或 FL42 (AA) 上的 PHILIPS 电视 - 58PT-2.24V / 2.26 (4.27) 的丽音接收器（板 K）的示意图（图 11）。 XNUMX）。 接收器的设计使其可以处理 B、G、H 和 I 标准的信号。
丽音 IF 信号应用于电路板输入引脚 1N43 和 1N50（IF INPUT）。 并联连接的两个带通滤波器1002和1004确保上述标准的信号的分离。 晶体管7008上的级联起到发射极跟随器的作用，晶体管7009上的级联起到IF信号放大器的作用。 接下来，NICAM (DQPSK) 信号被施加到 3 芯片的引脚 7000，该芯片充当 NICAM 音频频谱分量的解调器。 它还包括数字码的时间间隔（位）的恢复、数据信号的并行码到串行码的转换以及双载波发生器的频率的锁相环。 TDA8732芯片的框图如图12所示。 90、信号经过微电路内部的限幅放大器到达同相鉴相器和正交解调器。 其中一个接收了未改变相位的子载波信号，另一个则偏移了 XNUMX°。
这些器件的输出端通过微电路的引脚 7 和 6、低通滤波器（图 5001 中的扼流圈 2005、电容器 5000 和扼流圈 2004、电容器 11）、微电路的引脚 8 和 5 生成 I 和 Q 信号。传递到差分逻辑解码器（图12）、时钟位恢复装置和PLL装置。 第一个将并行接收的 I 和 Q 信号转换为两位数字数据，随后包含的数据转换器将它们恢复为原始串行流。 在CLK LPF位恢复装置的输出端（微电路的引脚1），低通滤波器（电容器2042、2012、2014，电阻器3011、Z010）和变容二极管6006被开启（见图11）。 在微电路1脚电压的影响下，变容二极管的电容发生变化，从而自动调整石英谐振器1001，从而保证7001微电路中的帧同步字检测器的同步。 低通滤波器（电容器9、7000，电阻器2006）和2007变容二极管连接到PLL装置的输出（3005微电路的引脚6005），以及双载波频率发生器（图9）。 这就是解调器设备的系统同步的发生方式。 7000 的数据转换器由外部 PCLK 时钟提供时钟，该时钟通过 IC 的引脚 16（参见图 11）从 7001 的内部振荡器施加到定时器时钟。 来自 15 引脚 7000 的串行数据流 DATA 通过 21 的引脚 7001（图 13）到达成帧字检测器和解扰器。 SAA7280芯片的大多数器件的操作与图10中已经描述的一致。 XNUMX.文章前面部分不需要评论。
只需补充一下，从工作模式选择器中，通过微电路的22脚（见图11），将控制电压提供给音频信号开关，保证立体声时阻断普通单声道声音的通道。已收到。 操作模式选择器的其余输出（参见图 11 和 13）在此特定电视中不使用。 7001微电路的器件由来自1C数字总线的信号控制，因此，微电路内部提供了该总线的接口（图13）。 SCL时钟信号通过微电路的引脚26（见图11）、电阻3027和电路板的引脚4N43施加到其上，SDA数据信号通过芯片的引脚24、电阻3026和电路板的引脚5N43接收和移除。董事会。 从7001微电路的DAC控制装置（图13），通过引脚10、8和9，分别将SDAT数据、SCLK同步和STIM识别的数字信号传递到3微电路的DAC的引脚2、1和7007。 1543微电路（TDA6），充当DAC。 在其输出（引脚 8 和 3）处，生成左 (L) 和右 (R) 通道的立体声音频信号，并将其馈送到 XNUMXH 放大器。
图 14 显示了组装在 SCT6277 A 机箱上的 SAMSUNG - CS51PF / PT 电视的音板（AUDIO）的电路图片段。需要注意的是，在解调器-解码器中，除 RJ08、RJ11 外，所有固定电阻器、所有无极性电容器均用于表面贴装（CHIP）。 电视中的丽音信号处理通道建立在一颗LSI ICJ01（SAA7283ZP）上，它执行DQPSK信号解调器、解调信号解码器和DAC的功能（图15）。
正交（相位）调制的DQPSK丽音信号通过声卡CN601连接器（见图14）的SIF（QPSK）引脚和微电路的29引脚（图15）进入内置的带通滤波器（5,85 和 6,552 MHz）以及由 AGC 覆盖并由内部 AGC 控制器控制的放大器。 DQPSK 信号由带有载波环路的鉴相器检测，在该鉴相器上（取决于接收的标准）会发出误差电压，然后由 VCO 将其转换为控制电压（在我们的例子中，在引脚 27 处，参见图 14）。 . XNUMX). 它还会影响轮廓调整电路。 生成的I和Q信号到达同步位恢复装置（见图15），同步位恢复装置通过微电路的引脚39和40作用于晶体振荡器。 NICAM 解码器对数据信号进行解扰、解交织和扩展。 解码后的数据经过数字滤波器放大后，经过预失真校正装置，由内置DAC芯片转换为L、R通道的模拟音频信号，L、R信号通过引脚通过输出开关微电路的15和8分别馈送到3H放大器。 其他音频信号也可以应用于输出开关，例如没有立体声伴奏的正常音频的单声道信号。 在所考虑的模块中，单声道声音信号通过微电路的引脚 7 和 16、电容器 CJ28 和 CJ23 以及 CN601 连接器的 SECAM-L 引脚传入。 微电路的所有节点均由控制器结合NICAM解码器和ROM来控制。 控制由数字总线l2C 提供。 为此，微电路的引脚 49 接收 SCL 时钟信号，并向引脚 50 供电，并从中去除 SDA 数据信号。 文学
作者：A. Peskin，莫斯科
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