»змерени€ "сигнал/шум"

 

»змерение отношени€ сигнал/шум.

1. ¬ведение.

–азрабатываемое средство измерени€ - модуль измерени€ отношени€ сигнал/шум (в дальнейшем модуль измерени€ ќ—Ў) €вл€етс€ стационарным, рабочим средством измерени€, предназначенное дл€ замены морально устаревшего и не экономичного модул€ измерени€ отношени€ сигнал/шум »—Ў-4, методическа€ база которого легла в основу данного проекта.

2. Ќазначение и область применени€ разрабатываемого модул€ измерени€ отношени€ сигнал/шум.

ћодуль измерени€ ќ—Ў предназначен дл€ автоматического цифрового измерени€ отношени€ размаха видеосигнала к эффективному значению помехи на детал€х статического телевизионного изображени€, а также в интервале кадрового гас€щего импульса во врем€ передачи телевизионной программы. ¬еличина отношени€ сигнал/шум (ќ—Ў) может быть измерена относительно размаха видеосигнала между уровн€ми: а)гашени€ и белого; б)черного и белого; в)гашени€ и белого в интервале кадрового гас€щего импульса. ћодуль измерени€ ќ—Ў может быть использован дл€ измерени€ ќ—Ў в сигнале монохромного телевидени€ на выходе любого источника видеосигнала или любого участка тракта изображени€ аппаратно-студийного комплекса телевизионного центра или передвижной телевизионной станции; в первичных сигналах (R,G,B) цветного телевидени€ на соответствующих выходах камерного канала или декодирующего устройства; на выходе телекинопроекционной аппаратуры видеомагнитной записи; на выходах оконечных и промежуточных пунктов телевизионных линий св€зи в процессе передачи телевизионной программы и при передаче типовых испытательных сигналов.  роме того модуль измерени€ ќ—Ў может быть использован в лаборатори€х и на заводах-изготовител€х при разработке и проверке телевизионной передающей аппаратуры. ѕредназначение данной разработки состоит в модернизации наход€щегос€ в эксплуатации на теле-визионных центрах ”краины модул€ измерени€ ќ—Ў - »—Ў-4, перевод блоков прибора на современную элементную базу с другими схематическими решени€ми, изменении функциональных и принципиальных схем блоков существенно вли€ющих на погрешность измерени€.

3. јнализ метода определени€ отношени€ сигнал/шум .

ќтношение сигнал/шум в телевидении определ€ют как отношение размаха видеосигнала между уровн€ми белого и гашени€ (или черного) к эффективному значению шума .

ќтношение сигнал/шум выражают в децибелах в соответствии с выражением (3.1):

где Uc -размах видеосигнала

Uэ.ш. -эффективна€ величина шума.

ѕод эффективной величиной шума подразумеваетс€ средне-квадратическое значение амплитуды шума.

¬ыражение (3.1) имеет в правой своей части две переменные величины, в следствии чего вычислени€ потребуют больших затрат, чем если бы в правой выражени€ (3.1) была бы одна переменна€ величина. ѕоэтому есть смысл пронормировать одну из величин и таким образом облегчить процесс обработки информации. “ак как видеосигнал €вл€етс€ более стационарным по сравнению с шумом, есть смысл нормировать именно его. “аким образом автоматическое поддержание посто€нным размаха видеосигнала замен€ет собой измерение размаха видеосигнала. ѕри этом измерение отношени€ сигнал/шум сводитс€ к измерению величины шума, и алгоритм (3.1) преобразуетс€ в алгоритм :

где ¬о -константа.

ќбработка шума с целью определени€ эффективной величины шума в формуле (3.2) осуществл€етс€ с помощью стробоскопического метода [ 1 ] , суть которого состоит в выборке мгновенных некоррелированных значений шума с частотой повторени€ сигнала и в запоминании выбранных значений на врем€ между выборками. “аким образом, период выборки должен быть равен периоду повторени€ кадров, длительность интервала выборки должна быть менее длительности изображени€.

¬озможность использовани€ стробоскопического метода основана на том, что шум принимаетс€ эргодическим стационарным случайным процессом, а статистические характеристики (среднее значение и дисперси€) такого случайного процесса, полученные в результате усреднени€ его во времени на отрезке реализации, совпадают с полученными в результате усреднени€ по совокупности его выборочных мгновенных значений.

“аким образом дальнейшее измерение эффективной величины шума производитс€ в соответствии с алгоритмом (3.3):

где Uk - амплитуда k выборки

k = 1...n , а n - число выборок мгновенных некоррелированных значений за цикл измерени€.

ѕри использовании алгоритма (3.3) нет необходимости производить как промежуточную операцию определение среднего значени€ или центрирование шума.

јлгоритм измерени€ ќ—Ў (3.2) принимает с учетом алгоритма (3.3) вид :

где R=2¬ - константа.

«атем полученные результаты преобразуетс€ в цифровой код и алгоритм (3.4) принимает вид:

где F-константа,   - коэффициент преобразовани€ аналог-код.

“аким образом данный алгоритм вычислени€ отношени€ сигнал/шум €вл€етс€ простым, эффективным, и удобным в реализации аппаратными средствами. “ак как целью разработки €вл€етс€ модернизаци€ модул€ измерени€ ќ—Ў - »—Ў - 4 реализующего данный метод, то в основу разработки ложитс€ именно этот метод.

4. ќбзор и анализ аналогичных устройств.

–азрабатываемое —» €вл€етс€ прибором с узкой специализацией, предназначенное, в основном , только дл€ работы в аппаратных телевизионных центров. ѕоэтому дополнение его функций как измерител€ отношени€ сигнал/шум какими-либо дополнительными функци€ми €вл€етс€ нецелесообразным, так как необходимость этих функций в услови€х передвижных телестанций не велика, а в стационарных услови€х вообще мала. “аким образом использование на телевидении ”краины измерител€ ќ—Ў фирмы У–оде и ЎварцФ (УRohde&SchwarzФ), превосход€щего по своим характеристикам разрабатываемый модуль €вл€етс€ непозволительной роскошью ввиду высокой стоимости, необходимости специальной подготовки оператора (знание немецкого €зыка, вычислительной техники), специальной подготовки персонала дл€ технического обслуживани€ на фоне более высокой, но не всегда необходимой, точности измерени€ и не всегда необходимой многофункциональности. “аким образом можно прийти к выводу, что продукци€ таких известных производителей измерительной техники, как УTESLAФ и УHEWLETT-PACKARDФ не будет примен€тьс€ в ј—Ѕ телецентров ”краины пока не возникнет остра€ необходимость в приборах такой точности.

јльтернативой метода описанного выше может быть метод который решает задачу измерени€ ќ—Ў пр€мо. ѕод этим подразумеваетс€ то, что дл€ измерени€ ќ—Ў производитс€ измерение амплитуды видеосигнала, одновременно измерение величины среднеквадратического значени€ амплитуды шума, затем производитс€ операци€ делени€ результатов измерени€, после чего производитс€ накапливание и результатом измерени€ ќ—Ў принимаетс€ математическое ожидание совокупности результатов вычислени€ формулы 3.1 дл€ каждой выборки.

Ќедостатки этого метода по сравнению с описаным выше методом очевидны:

необходимость двух измерительных каналов, что, естественно нежелательно с точки зрени€ надежности, схемотехники и даже экономики;

наличие операции делени€ в которой один операнд значительно больше другого (как минимум в 10 раз), что приведет к увеличению погрешности;

также недостатком можно считать отсутствие преймуществ перед описаным выше методом.

ќтечественным аналогом разрабатываемого модул€ измерени€ ќ—Ў €вл€етс€ прибор »—Ў-4. —труктурна€ схема измерител€ »—Ў-4 состоит из аналоговой измерительной части (блоки усилени€ и модул€ции), цифровой измерительной части (блок автоматической регулировки усилени€, арифметический блок , буферный счетчик, блок дешифраторов) и вспомогательной части (блок управлени€, блок выделени€ синхросигнала ,блок синхронизации). —труктурна€ схема модул€ измерени€ ќ—Ў изображена на рисунке 4.1.

‘ункциональна€ схема модул€ измерени€ ќ—Ў изображена на рисунке 4.2.

¬идеосигнал (рис. 4.3 а) со входа измерител€ У¬ход видеоФ поступает на входные каскады 1, где усиливаетс€ до требуемого дл€ подачи на блок фильтра 11 уровн€. — выхода блока фильтра 11 видеосигнал, отфильтрованный в требуемой полосе частот поступает на вход усилител€ с регулируемым коэффициентом передачи 2, на выходе которого размах видеосигнала поддерживаетс€ посто€нным и равным эталонной величине ¬о. »мпульсный сигнал управлени€ коэффициентом передачи усилител€ 2 У—игнал ј–”Ф формируетс€ цифровым устройством ј–” 8 блока автоматической регулировки усилени€ в результате сравнени€ видеосигнала У¬идео сравн.Ф с выхода усилител€ 2 с эталонным напр€жением ¬о. јвтоматическое поддержание посто€нным размаха видеосигнала входе измерительного тракта замен€ет собой измерение размаха видеосигнала. ѕри этом измерение отношени€ сигнал/шум сводитьс€ к измерению величины шума, и алгоритм (3.1) преобразуетс€ в алгоритм (3.2).

¬идеосигнал, размах которого между уровн€ми гашени€ и белого (или черного и белого) равен величине ¬о, поступает через потенциометр оперативной калибровки У алибрФ на один вход строб-схемы 3. Ќа другой вод схемы 3 с выхода формировател€ поступают строб-импульсы (рис.3г), частота повторени€ которых - 25√ц, а длительность - примерно 4 мкс. ћестоположение строб-импульсов можно мен€ть вручную в пределах всего растра. —троб-импульсы подаютс€ также на вход схемы замешивани€ метки 25 селектора, где суммируютс€ с видесигналом. — выхода схемы 25 видеосигнал поступает на коаксиальное гнездо У¬идео ¬ ”Ф, к которому подключаетс€ видеоконтрольное устройство (¬ ”). «амешанный в видеосигнал строб-импульс индицируетс€ на экране ¬ ” в виде €ркостной метки, по положению которой на растре определ€ют участок изображени€, выбранный дл€ измерени€ на нем уровн€ шума. Ётот участок изображени€ должен иметь посто€нную €ркость на всем прот€жении €ркостной метки, а соответствующий участок видеосигнала - неизменный размах во временном интервале строб-импульса. Ќа выходе схемы 3 в интервале строб-импульса выдел€етс€ сигнал, представл€ющий собой пьедестал, размах которого пропорционален размаху видеосигнала в интервале стробировани€, с наложенным на него шумом (рис.4.3д). ѕьедестал с наложенным на него шумом подаетс€ на усилитель 4, на входе которого происходит автокомпенсаци€ пьедестала. —тробирование видеосигнала с последующей автокомпенсацией пьедестала, т.е. с устранением информации о видеосигнале, позвол€ет выделить шум из видеосигнала, а также использовать линейную часть динамической характеристики каскадов 4 и 6 целиком дл€ обработки шума.

ќбработка пакета шума на выходе усилител€ 4 с целью определени€ эффективной величины шума в формуле (3.2) осуществл€етс€ с помощью стробоскопического метода, суть которого состоит в выборке мгновенных некоррелированных значений шума с частотой повторени€ сигнала и в запоминании выбранных значений на врем€ между выборками. “аким образом, период выборки должен быть равен периоду повторени€ кадров, длительность интервала выборки должна быть менее длительности элемента изображени€. ¬озможность использовани€ стробоскопического метода основана на том, что шум €вл€етс€ эргодическим стационарным случайным процессом, а статические характеристики (среднее значение и дисперси€) такого случайного процесса, полученные в результате усреднени€ его во времени на отрезке реализации, совпадают с полученными в результате усреднени€ по совокупности его выборочных мгновенных значений.

¬ыборка мгновенных некоррелированных значений шума и запоминание их на врем€ между выборками производитс€ следующим образом. ѕакеты усиленного шума (рис.4.3е) с выхода каскада 4 поступают на один вход амплитудно-импульсного модул€тора (ј»ћ) 6, на другой его вход поступают импульсы выборки с выхода формировател€ 5 (рис 4.3ж). „астота повторени€ импульсов выборки - 25√ц., а длительность на уровне амплитуды - приблизительно 20нс. ‘ормирователь 5 запускаетс€ строб-импульсами с выхода формировател€ 7 и обеспечивает положение импульса выборки посередине временного интервала строб-импульса.

Ќа выходе ј»ћ образуютс€ импульсы, модулированные по амплитуде шумом (рис.3 з), т.е. размах каждого из этих импульсов Uк пропорционален мгновенной величине шума в момент выборки

ћодулированные шумом импульсы поступают на пиковый детектор 7, который осуществл€ет УзапоминаниеФ размаха каждого очередного импульса до прихода последующего, т.е. в момент прихода k-го импульса на выходе пикового детектора формируетс€ напр€жение Uk , а предыдущее напр€жение принудительно сбрасываетс€ (рис.4.3и; рис.4.4б). ¬ момент прихода (к+1)-ого импульса сбрасываетс€ напр€жение Uk и формируетс€ Uk+1.

“аким образом, на выходе детектора 7 формируетс€ преобразованный шум - дискретный случайный процесс, име-ющий те же статистические характеристики (среднее значение и дисперсию), что и шум на входе измерител€.

ƒальнейшее измерение эффективной величины шума производитс€ в соответствии с алгоритмом (3.3), при использовании которого нет необходимости производить, как промежуточную операцию, определение среднего значени€, или центрирование, преобразованного шума. јлгоритм измерени€ ќ—Ў (3.2) принимаетс€ с учетом алгоритма (3.3) вид (3.4).

ќпераци€ вычитани€, возведени€ в квадрат, суммирование и логарифмирование в последовательности, определенной алгоритмом (3.4), осуществл€ют цифровые блоки измерител€. ѕредварительную трансформацию преобразованного шума в цифровой код производ€т широтно-импульсный модул€тор 10, расположенный в блоке автоматической регулировки усилени€, и преобразователь длительность-код 12, расположенный на плате вычитател€ и квадратора арифметического блока.

Ўиротно-импульсный модул€тор запускаетс€ строб-импульсами с выхода формировател€ 9. Ќа выходе модул€тора 10 образуетс€ широтно-модулированные импульсы (рис.4.4в), длительность которых пропорциональна размаху преобразованного шума в момент запуска модул€тора 10.

5. ќбоснование выбора структурной схемы модул€ измерени€ ќ—Ў.

“ак как метод измерени€ в разрабатываемом приборе будет такой же как в приборе »—Ў-4, то принципиально схема не измен€етс€. —труктурна€ схема модул€ измерени€ ќ—Ў изображена на рисунке 5.1.

ƒл€ обеспечени€ точости обработки сигнала и требований предъ€вл€емых в “« к входным параметрам разрабатываемого прибора входной сигнал подаетс€ на элемент структурной схемы - входной усилитель. «адачей которую должен решить этот блок €вл€етс€ усиление входного сигнала и его отбор дл€ дальнейшей обработки по выделению синхросигналов, а также обеспечение соответстви€ входного сопротивлени€ и емкости данным указанным в “«.

ƒл€ обеспечени€ работы всей схемы обработки алгоритма 3.5 вводитс€ блок выделени€ синхросигналов. Ѕлок выполн€ет задачу синхронизации всего процесса измерени€ либо с внешним источником синхронизации либо внутренне от импульсов синхронизации кадров и строчных синхроимпульсов вход€щих в состав полного видеосигнала. ¬ функции этого блока входит также вывод на внешнее видеоконтрольное устройство (¬ ”) €ркостной метки, указывающей место растра, где происходит измерение величины ќ—Ў. ¬ыходными сигналами блока €вл€етс€ синхроимпульс строки в которой производитс€ измерение величины ќ—Ў и синхроимпульс по которому производитс€ стробирование сигнала.

ѕосле блока входного усилител€ полный видеосигнал попадает на первый коммутатор, задачей которого €вл€етс€ выделение из полного видеосигнала сигнала строки в которой производитс€ измерение.

«атем сигнал выделенной строки подаетс€ на устройство линейного сравнени€ и компенсации (”Ћ— ) которое производит нормировку в соответствии с формулой 3.2 и компенсацию величины ¬о в составе сигнала выделенной строки.

ѕосле этого сигнал подаетс€ на второй коммутатор, который должен произвести стробирование при поступлении синхронизирующего импульса от блока выделени€ синхро-сигналов. ¬ыходной величиной блока €вл€етс€ Uk.

ƒл€ обеспечени€ дальнейшей обработки выборок шума, котора€ €вл€етс€ уже чисто математически-статистической, производитс€ преобразование аналог-код. ƒл€ этого вводитс€ блок аналого-цифрового преобразовани€ (ј÷ѕ) результатом работы которого €вл€етс€ код соответствующий Uk - Nk .

¬ дальнейшем Nk подаетс€ на блок цифровой обработки и управлени€ (Ѕ÷ќи”). ‘ункци€ми блока €вл€етс€ накопление массива Nk, вычисление ќ—Ў по формуле 3.5 по совокупности выборок Nk, управление ”Ћ—  , выдача результата измерени€ на отображающее устройство.

» последним блоком структурной схемы €вл€етс€ устройство отображени€ результата измерени€ (”ќ–»).

7. –азработка функциональной схемы модул€ измерени€ ќ—Ў.

‘ункциональна€ схема разрабатываемого модул€ измерени€ ќ—Ў будет содержать многие общие с прибором »—Ў-4 детали, но ввиду изменени€ принципа обработки сигнала есть необходимость полностью пересмотреть функциональную схему измерительной части.

ƒо какой-либо обработки видеосигнала предусматриваетс€ усиление его величины. Ёто необходимо дл€ того, чтобы дальнейша€ обработка производилась с сигналом достаточно большого уровн€, что обеспечит большую точность при преобразовании сигнала другими блоками. ƒл€ этого на входе схемы установлен предварительный усилитель с фиксированным коэффициентом усилени€. «атем сигнал поступает на блок выделени€ синхросигналов и на устройство линейного сравнени€ и компенсации (”ƒ— ). Ѕлок ”Ћ—  состоит из дифференциального усилител€, компаратора напр€жени€ ( Ќ), меры, генератора линейно измен€ющегос€ напр€жени€ (√Ћ»Ќ), устройства выборки и хранени€ (”¬’). ¬се эти элементы предназначены выполнить задачу приравнивани€ величины видеосигнала к посто€нной величине ¬о. Ќа этом этапе ведетс€ обработка уже не полного видео сигнала, а только сигнала строки в которой производитс€ измерение ќ—Ў. ѕоэтому перед входом дифференциального усилител€ включаетс€ ключ, управл€емый от блока выделени€ синхросигналов и открытый только на врем€ прохождени€ сигнала строки в которой измер€етс€ ќ—Ў. јвтоматическое регулирование уровн€ сигнала строки происходит таким образом: в начальном состо€нии √Ћ»Ќ сброшен в ноль и на один вход дифференциального усилител€ приходит ноль. ¬ыход усилител€ подключен ко входу компаратора напр€жени€, который сравнивает полученный сигнал с посто€нной величиной ¬о. Cигнал несущий информацию сравнени€ управл€ет √Ћ»Ќом. ¬ тот момент когда сигнал строки станет равным ¬о, сигнал управлени€ с компаратора пропадет и величина напр€жени€ на выходе √Ћ»Ќа будет хранитьс€ в ”¬’ до конца цикла измерени€. “аким образом пронормированный сигнал поступает в измерительный блок. »змерительный блок состоит из аналого-цифрового преобразовател€ (ј÷ѕ), генератора опорного напр€жени€ и генератора тактовых импульсов. “акже дл€ реализации стробоскопического метода перед ј÷ѕ стоит ключ управл€емый от схемы перемещени€ по строке блока выделени€ синхросигналов. ѕосле преобразовани€ аналог-код информаци€ о сигнале поступает в блок цифровой обработки сигнала состо€щий из регистра хранени€ данных, арифметико-логического устройства (јЋ”), посто€нного запоминающего устройства (ѕ«”), оперативного запоминающего устройства (ќ«”). ¬ этом блоке происходит реализаци€ алгоритма (3.5) и вычисление результата измерени€, который в дальнейшем выводитьс€ на отображающее устройство.



»змерение отношени€ сигнал/шум. 1. ¬ведение. –азрабатываемое средство измерени€ - модуль измерени€ отношени€ сигнал/шум (в дальнейшем модуль измерени€ ќ—Ў

Ѕольше работ по теме:

ѕредмет: »стори€ техники

“ип работы: –еферат

найти  

ѕќ»— 

Ќовости образовани€

 ќЌ“ј “Ќџ… EMAIL: MAIL@SKACHAT-REFERATY.RU

—качать реферат © 2018 | ѕользовательское соглашение

—качать      –еферат

ѕ–ќ‘≈——»ќЌјЋ№Ќјя ѕќћќў№ —“”ƒ≈Ќ“јћ