Факсимильные сигналы

Сигналы звукового вещания

Источниками первичных сигналов звукового вещания являются высококачественные микрофоны и представляют чередование сигналов различного вида: речи (особо следует выделит речь дикторов), художественного чтения (сочетания речи и музыки), вокальных и инструментальных музыкальных произведений от сольного исполнения до симфонических оркестров.

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 0,05…10000 Гц. Для получения безукоризненного воспроизведения программ вещания полоса частот сигнала вещания должна составлять 0,03…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, т.к. 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, обеспечивающий 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 неподвижного изображения, заключающееся в преобразовании светового потока, отражаемого элементами изображения, в электрические. Упрощенная схема одной модели формирования первичного факсимильного сигнала приведена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема формирования и передачи факсимильного сигнала

Передаваемое изображение на листе соответствующего формата накладывается 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 i_ф (t), 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 (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.

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 равна

Гц, (8) где D – диаметр барабана, мм; N – число оборотов барабана в минуту, об/мин; d – cветового 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 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 передачи 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. Перенумеруем 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,

. (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 k ® ¥ пик-фактор стремится к величине Q_макс.ф = 4,8 дБ.

Динамический диапазон факсимильных сигналов, согласно вышеприведенным рассуждениям, будет равен

. (10)

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

I_ф = 6,64 f_ф lg k, (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 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, т.е. k =2. Информационная емкость такого сигнала, согласно (11) равна 360 кбит/с.

Дата добавления: 2015-04-30