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数字电视技术原理讲座(四)


作者:佚名 点击数: 更新时间:2008-3-30 15:42:19

 

四、NICAM(数字丽音)的基本原理

NICAM(数字丽音)是Near Instantaneous Companded Audio multiplex的缩写词,意为“准瞬时压扩声音多路复用”,是由英国广播公司(BBG)开发研究成功的,由于其数据传输率为728Kbps,因此,这种数字声频被称为NECAM-728。这种电视伴音的数字技术既可以用于地面广播,也可以用于卫星电视广播。它具有模拟电视声音不可比拟的优点,在NICAM通道中,;既可以传送立体声节目,也可以传送双语节目,还可以传送数字信息。具有传送的声音动态范围大、音质好、信噪比高、串音小等优点。它研究成功,很快得到广泛应用,在西欧、北欧、东南亚和香港等一些国家和地区相继开展了NICAM广播业务。由于该种技术所传送的声音美国动听,所以香港地区称为“丽音”。

为适应我国电视广播和有线电视发展的需要,北京电视台、北京牡丹电子集团公司等单位,基于我国国情,自1994至1997经历了四年的研究时间,终于制定出GY/T129-1997《PAL-电视广播附加双声道数字声技术规范》,并从1997年5月16日开始试播,从此,北京电视台第一套(6频道)节目正式启用了PAL-D附加NICAM-728数字立体声试播节目,1998年1月1日北京电视台第一套节目以采用PAL-D附加NICAM数字声系统广播形式正式上星,从而标志了我国广播电视的声音系统由过去的传统模拟单声广播进入了数字立体声广播,同时也标志着我国数字电视广播的序幕已经拉开。中华人民共和国广播电影电视部对GY/T129-1997《PAL-D电视广播附加双声道数字声技术规范》标准已正式批准,并决定于1998年5月1日开始实施。

根据中华人民共和国电子行业标准,对我国彩的NICAM双声道数字系统多声道电视接收机的基本技术参数和测量方法作了明确规定。其中:

技术参数主要有:

(1)输入信号的电平比图像噪波限制灵敏度标称电平低3dB时引起的比特误码率≤3×10-5.

(2)模拟FM载波的各种频偏引起的比特误码率≤3×10-6.

(3)可察觉咔喀音频噪声时的输入信号电平比图像噪波限灵活度标称电平低3dB/μV以下.

(4)音频相应特性,在场声器端或假负载上,100Hz-12kHz频率范围内,及在AV输出端口,100Hz-14kHz频率范围内,电压不均匀度不劣于±3dB.但对声音输出采用电路多分频系统时,在产品技术条件中规定。

(5)谐波失真,在100Hz-7.5kHz频率范围内,在扬声器端或负载上≤5%,在AV输出端口≤3%。

(6)声音通道的动态范围,在扬声器或假负载上≥63dB,在AV输出端口≥63dB.

(7)串音,频率为1kHz时,在场声器端或假负载上,左、右声道的串音≤-46dB,A、B通道的串音≤-60dB.在AV输出端口,左、右声道的串音及A、B通道的串音≤-60dB。

(8)NICAM信号噪比(A计数时),在扬声器或假负载上≥46dB,在AV输出端口≥49dB。

(9)NICAM数字声与FM模拟声时输出信号的幅度差不劣于±3dB,

测量方法中的项目主要有:

(1)由输入信号电平引起的比特误码率,属于伪随机信号,对其信号要求为15阶以上的伪随机二进制序列.

(2)由模拟FM载波的各种频偏引起的比特误码率,属伪随机码信号,对其信号要求为15阶以上的伪随机二进制序列.

(3)由上邻频道引起的比特误骊率,属于伪随机信号,对其信号要求为15阶以上的伪随机二进制序列.

(4)可察觉咔喀音频噪声,属于多频道预加重后等幅信号,对其信号频率要求为40Hz-15kHz,为SS(立体声模式,两声道均有信号)模式,电平为-11dB.

(5)音频响应特性,属于多频率预加重前等幅信号,对其信号频率要求为40Hz-15kHz,为DD(双音频模式,两声道均有信号)模式,电平为-20dB。

(6)谐波失真,属于多频道预加重后等幅信号,对其信号频率要求为40Hz-7.5kHz,为DD模式,电平为-11dB。

(7)声音通道的动态范围,属于单频信号,对其信号频率要求为1kHz,为DD模式,电平为-60dB。

(8)串音,属于多频道预加重等幅信号,对其信号频率要求为40Hz-15kHz,为DO(双音频模式,仅A声道有信号)模式、或OD(双音频模式,仅B声道有信号)模式、或OS(立体声模式,仅A声道有信号)模式、或OS(立体声模式,仅B声道有信号)模式,电平为-20dB。

(9)左、右声道之间的相位差,属于多频率预加重前等幅信号,对其信号频率要求为40Hz-15kHz,为SS模式,电平为-20dB。

(10)音频信号的信噪比,属于单频信号,对其信号频率要求为1kHz,为DD模式,电平为-11dB。

(11)NICAM数字声与FM模拟声的幅度差,属于单频信号,对其信号频率要求为1kHz,为SS模式,电平为-11dB。

在上述测试项目中,(1)-(10)项与1992年国际电工委员会IEC制定的《采用NICAM双通道数字声系统多声道电视接收机的电测量》(IEC107-5)中测量方法的项目编号相同。第(11)项是根据我国对NICAM接收机技术参数的要求而增加。

我国的一些电视台已经开始或正在积极准备进行PAL-D制的NICAM数字声广播。由于我国电视广播制式的特点,无法直接套用它国的NICAM广播制式。因此,在PAL-D制NICAM广播标准中,确定载频位置、载频幅度、信号带宽3个重要参数将是十分关键的问题。依据我国电视广播制式,要求PAL-D制NICAM广播既要养顾CATV系统,又要考虑对现有发射机的改造要尽可能的方便。因此,在PAL-D NICAM标准中,载频规定在5.85MHz,PAL-D NICAM载频相对于图像载频电平为-25dB,带宽为40%余弦滚降,在这3个主要指标中,载频位置是最重要,也是最难确定的。

目前,英国和我国香港地区使用PAL-1制NICAM广播方式,其数字声中间载频为6.552MHz,相对于图像的电平为-20dB,带宽为100%升余弦滚降;瑞典、挪威等使用PAL-B/C制NICAM广播方式,其数字声中间载频为5.85MHz,相对于图像的电平为-20dB,带宽为40%升余滚降。还有一些国家采用了NICAM制广播,其数字声中间载频为5.85MHz,相对于图像的电平为-27dB,带宽为40%升余弦滚降。

1.NICAM信号的产生。

NICAM信号的产生,主要基于CCITT国际电报电话咨询委员会规定的J17建议中给出的预加重特性标准。其频率特性如图1-9所示。当有音频信号并且分为左、右两个声道或A、B两路送入NICAM信号编码器时,首先要经过预加重网络进行处理,再进入模/数变换电路,如图1-10所示。音频信号首先经预加重处理的目的是使音频信号在模/数变换和电视恢复等过程中产生的噪声得以降低。音频信号经预加重处理后,又经1.5kHz低通滤波器进行滤波,以避免取样时产生的频谱折转混叠。音频中的两路信号经各自的预加重和低通滤波后,一同送入模/数转换电路,进行二进制数码编程。在这一过程中,音频的取样频率为32kHz,带宽为16kHz,产生的二进制数据为14bit。

14bit的音频信号码流,经压缩器压缩到10bit后再加入1bit的奇偶校验位,使之形成1bit的信号码流。然后送入位元交织电路。1bit的奇偶校验位的作用,是为电视接收机中的解码器提供检查错误的依据,以使解码器正确无误地恢复原始信号。

为防止干扰和提高系统的稳定性,减少出现多位误码对所传数据造成的影响,对数据信号施以“位元交织”处理,即把原来的数据码序打乱,再按一定的规则重新排列。这样经过交织后的信号码流,即使在传输和接收机产生若干位的连续差错,在解码器中经交织处理恢复原来的数据次序,这些误码将分散到不同的取样值中去,从而使一个样值中出现多个错误的概率大为下降,提高了信号的抗误码能力。

2.NICAM信号的发射

由NICAM信号编码产生的二进制数据流,要与AM图像和FM模拟声音一起发射出去,供接收端使用。但是,如果只是随意对其进行叠加,必将造成相互干扰,为此,为降低数字声信号调制载波能量对FM模拟声音信号和图像信号的干扰,对交织后的数据流还要进行扰码处理,即向已经交错的数据加入伪随机二进制的数据流,以及40%的余弦滚降型滤波。

当脉冲数字编码完成后,主要是对其进行调制。调制方法主要采用差分正交相移键控(DQPSK)数字调制方式。调制后的数字声信号和调频的模拟声音信号及调幅的图像信号进行相加,由RF发射机通过天线发射出去。其工作方框图如图1-11所示。

 

3.NICAM信号的解调

当NICAM的RF信号被接收机接收后,必须要由解码器将其数据码流还原来模拟音频信号,才可听到美丽的声音。为此,数字声信号,首先要经调谐器进入准分离声音解调电路,得到中心频率为5.65MHz(PAL-D制NICAM)的数字载波信号,然后再送到数字处理通道。如图1-12所示。

在数字声处理通道中,由DQPSK解调出NICAM信号码流,再经扰码复原电路,取出数据流中的随机数据。然后根据存储器中保存的管理程序去掉交错恢复位元顺序,变成原来的11位字,然后再按数据发送的标定系数把这些字扩展 成11位字的形式,并在奇偶校验位的基础上纠正错误,解码后获得14bit的实时数据流,它含有左、右声道或A、B声道的信号。利用数/模变换,还原出声音信号。

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