Устройство для автоматического измерения отношения сигнала к флуктуационной помехе - SU379216A1

Код документа: SU379216A1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к телевизионной измерительной технике и может использоваться для автоматического измерения и контроля отношения сигнала к флуктуационной помехе в любой точке телевизионного тракта непосредственно в процессе передачи телевизионной программы или в перерывах между передачами .

Известно устройство для автоматического измерения отношения сигнала к флуктуационной помехе, состоящее из последовательно соединенных, управляемых блоком управления селектора импульсов, формирователя узких импульсов и импульса яркостной отметки, модулятора, расширителя импульсов, коммутатора , фильтра, квадратора, интегратора, логарифматора , реверсивного счетчика и цифрового индикатора.

Однако известное устройство, имея невысокую чувствительность, не позволяет в процессе передачи телевизионной программы измерять большие отношения сигнал/помеха (малые уровни помехи), т. е. имеет пределы измерений , ограниченные в сторону больших отношений сигнал/помеха и не обеспечивает высокой точности измерений. Это обусловлено тем, что в этом устройстве:

а) видеосигнал, содержащий измеряемую помеху, не подвергается никакой предварительной обработке, а подается на вход модулятора непосредственно или через взвешивающий фильтр, ослабляющий помеху;

б)измеряемая помеха претерпевает тройное преобразование (аналоговая форма -

дискретная-аналоговая-дискретная), что ведет к накоплению ошибок преобразования;

в)осуществляется недостаточная компенсация видеосигнала, так как используется только межстрочная корреляция значений видеосигнала и, вместе с тем, не предусмотрено исключение ошибочных отсчетов помехи, обусловленных остаточным видеосигналом.

Кроме того, указанное устройство имеет малое быстродействие из-за большой длительности цикла измерения помехи и поэтому не позволяет во время передачи телевизионной программы измерять отношение сигнала к флуктуационной помехе в телевизионном канале линии связи с быстро изменяющимися параметрами , например, тропосферной линии связи. Это отчасти обусловлено тройным преобразованием измеряемой помехи, но главным образом тем, что в этом устройстве отсчет мгновенных значений помехи производится

только два раза за кадр или за поле.

Цель изобретения - повыщение точности измерений.

Цель достигается тем, что между расширителем и квадратором последовательно включены аналого-цифровой преобразователь и формирователь разности отсчетов; при этом ко входу устройства подключен своим входом блок предварительной обработки видеосигнала , другие входы которого соединены с выходами формирователя разности отсчетов и селектора импульсов, а выходы - со входами модулятора и коммутатора. При измерении на подвижном изображении цель достигается тем, что между выходом формирователя разности отсчетов и входом квадратора включен анализатор разности отсчетов , соединенный с блоком управления. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства для автоматического измерения отношения сигнала к флуктуационной помехе в телевизионном тракте; на фиг. 2 приведена структурная схема предварительной обработки видеосигнала. Предлагаемое устройство для автоматического измерения отношения сигнала к флуктуацнонной помехе состоит из подключенных ко входу 1 блока предварительной обработки видеосигнала 2 и селектора 3, с которым последовательно соединены формирователь узких импульсов 4, модулятор 5, коммутатор 6, расширитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8, формирователь разности отсчетов 9, анализатор разности 10, квадратор 11, интегратор 12, логарифматор 13, блок индикации 14, а также блок управления 15. Формирователь узких импульсов 4 имеет специальный выход 16, с которого снимается импульс яркостной отметки. Влок предварительной обработки видеосигнала 2 состоит из последовательно подключенных ко входу 17 регулирующего элемента 18, слагателя 19, коммутатора 20, усилителя 21, схемы фиксации 22, ключевой схемы 23 (соединенной такЖе с блоком управления 15), усилителя 24, ключа 25, фильтра 26 (или фильтра 27) и ключа 28 (спаренного с ключом 25), через который выход фильтра 26 (или 27) соединен с одним из выходов модулятора 5. Кроме того, блок предварительной обработки видеосигнала 2 содержит: формирователь эквивалента видеосигнала 29, входы которого подключены ко входу слагателя 19 и к одному из выходов блока управления 15, а выход подключен через ключ 30 к одному из входов слагателя 19; формирователь эталонного сигнала 31, вход которого соединен с одним из выходов блока управления 15, а выход- с другим входом слагателя 19; схему автоматической регулировки усиления (АРУ) 32,входы которой подключены к выходам слагателя 19 (через коммутатор 20, соединенный также с блоком управления 15), формирователя разности отсчетов 9 и блока управления 15, а выходы подключены к одному из входов регулирующего элемента 18 и через коммутатор 6 - ко входу расширителя 7; формирователь компенсирующего напряжения 33,входы которого подсоединены к одному из выходов селектора 3, выходам блока управления 15 и выходу усилителя 21, а выходы подсоединены ко входам схемы фиксации 22. Устройство работает следуюш,им образом. Весь период одного измерения, т. е. время, в течение которого получают одно значение измеряемой величины отношения сигнал/помеха в любой точке телевизионного тракта, разделяется на два основных цикла: цикл измерения сигнала и цикл измерения помехи. Длительность и чередование циклов задаются блоком управления 15. В цикле измерения сигнала не производится непосредственного измерения величины размаха видеосигнала между контрольными уровнями , а осушествляется автоматическое регулирование размаха видеосигнала, поступающего на вход устройства, с целью доведения его до некоторой постоянной величины. Это улучшает динамическую характеристику всего устройства и упрощает схемное выполнение ряда блоков, поскольку в этом случае одной и той же величине отношения сигнал/помеха на входе устройства независимо от величины размаха видеосигнала всегда соответствует одинаковое абсолютное значение напряжения помехи. Первый основной цикл измерения условно называется циклом измерения сигнала. В этом цикле видеосигнал поступает на вход блока предварительной обработки видеосигнала 2 и на вход селектора 3. Если видеосигнал не содержит строчных и кадровых синхроимпульсов , то на специальные входы селектора 3 подают строчные и кадровые ведущие импульсы, используемые для синхронизации работы датчиков видеосигналов. Если видеосигнал содержит контрольные сигналы испытательных строк, то.в селекторе 3 из видеосигнала выделяют синхроимпульс испытательной строки, содержащей импульс «белого и синхроимпульс какой-либо строки, находящейся в интервале кадрового гасящего импульса, но не содержащей никаких контрольных или других вспомогательных сигналов (например, синхроимпульс строки, предществующей первой испытательной строке), Выделенные синхроимпульсы с выходов селектора 3 подают на входы фopмиpoвaJeля узких импульсов 4, блока управления 15 и блока предварительной обработки видеосигнала 2. Видеосигнал, поступающий на вход 17 блока предварительной обработки видеосигнала, подается на вход регулирующего элемента 18. а выходе регулирующего элемента 18 разах видеосигнала с высокой точностью подерживается постоянным, равным выбранной еличине. При этом размах видеосигнала на ходе предлагаемого устройства может измеяться в значительных пределах. Поддержаие постоянства размаха видеосигнала достиается с помощью схемы автоматической реулировки усиления 32. С выхода регулирующего элемента 18 виеосигнал подается на вход слагателя 19, в

котором в видеосигнал замешивается импульс эталонного уровня «белого, подаваемый на один из входов слагателя 19 с выхода формирователя эталонного сигнала 31. Этот импульс необходим для поддержания с высокой точностью постоянства размаха видеосигнала на выходе регулирующего элемента 18 при помощи схемы АРУ 32. В схеме АРУ амплитуда импульса «белого сравнивается с амплитудой импульса эталонного уровня «белого .

Эталонный импульс вырабатывается в формирователе эталонного сигнала 31, на вход которого поступает управляющий сигнал с одного из выходов блока управления 15. Эталонный импульс в слагателе 19 замешивается в одну из строк видеосигнала, находящихся в интервале кадрового гасящего импульса и не содержащих никаких контрольных или других вспомогательных сигналов (например, в строку, предшествующую первой испытательной строке). Длительность эталонного импульса выбирается достаточно большой (например , равной третьей части длительности строки), что упрощает выполнение схемы АРУ 32.

Если видеосигнал, подаваемый на вход 1 предлагаемого устройства, не содержит контрольных сигналов испытательных строк, или производится измерение отнощения сигнал/ помеха на изображении, то в слагателе 19 кроме эталонного импульса в видеосигнал замешивается импульс эквивалента видеосигнала (эквивалентный импульс), подаваемый на один из входов слагателя 19 с выхода формирователя эквивалента видеосигнала 29 через ключ 30. Амплитуда эквивалентного импульса равна размаху видеосигнала между контрольными уровнями «чеоного и «белого (т. е. размаху сигнала изображения), а его длительность, примерно, такая же, как и у эталонного импульса. Эквивалентный импульс, будучи эквивалентом видеосигнала по амплитуде , позволяет поддерживать с высокой точностью постоянство пазмаха видеосигнала с помощью схемы АРУ 32 в отсутствие в составе видеосигнала импульса «белого.

Эквивалентный импульс вырабатывается в (Формирователе эквивалента видеосигнала 29, на один вход которого поступает видеосигнал, подаваемый на вход слагателя 19, а на другой - управляюпшй сигнал с одного из выходов блока управления 15. Эквивалентный импульс в слагателе 19 замешивается в одну из строк видеосигнала, находящихся в интервале кадрового гасящего импульса и не содержащих никаких контпольных или других вспомогательных сигналов.

С выхода слагателя 19 видеосигнал с замешаяным эталонным импульсом (а также с эквивалентным импульсом, в случае nтcvтcтвия контрольных сигналов испытательных строк или измерения отношения сигнал/помеха на изображении) поступает чепез коммутатор 20 на один из входов схемы АРУ 32. Импульсы , управляющие коммутацией, подаются на специальный вход коммутатора 20 с одного из выходов блока управления 15. В цикле измерения сигнала коммутатор 20 соединяет выход .слагателя 19 с одним из входов схемы АРУ 32.

Видеосигнал с выхода слагателя 19 поступает через коммутатор 20 на вход стробирующего каскада, на другой вход которого поггаются стробирующие ИМПУЛЬСЫ, вырабатываемые в генераторе стробирующих импульсов. Работз этого генератора управляется импульсами, поступающими с одного ич выходов блока управления 15. Стробирующие ИМПУЛЬСЫ следуют с частотой полей и периодически от поля к полю меняют свое временное - оложение относительно эталонного им ульса так. что в каждом последующем ооче ено осуществляется стробирование в стпобипуюп1ем каскаде) эталонного им ул-са и импульса «белого чвттпа тенти г мп Ьа п случае OTCVTCTB конт олны сигналов спытательных гтпок или и. от-н тирния сигнал/помеха на изображентти). Длите. стробирующих импульсов выбирается порядка нескольких микросекунд, но не больше, чем длительность импульса «белого, который является самым КОРОТКИМ из импульсов, полвергаюшихся стробированию. Образующиеся в результате стробирования импульсы, ам литуды КОТОРЫХ пропорциональны амплитудам простробированных импульсов, поступают с выхода стробирующего каскагта чепез коммутатор 6 на вход расширителя 7. Импульсы, управляющие коммутацией, подаются на специальный вход коммутатора б с одного из выходов блока управления 15. В цикле измерения сигнала коммутатор б соединяет выход стробирующего каскада схемы АРУ 32 со входом расширителя 7.

В расщирителе 7 импульсы расширяются на интервал поля. Сброс расширителя 7 осуществляется специальным импульсом, поступающим с одного из выходов блока управления 15. Расширенные импульсы с выхода расширителя 7 подаются на вход аналого-цифрового преобразователя 8, в котором эти импульсы преобразуются в пакеты импульсов. Число импульсов в этих пакетах пропорционально амплитудам преобразуемых импульсов. С выхода аналого-цифрового преобразователя 8 пакеты импульсов поступают на вход формирователя разности отсчетов 9. Если число импульсов в одном пакете, пропорциональное амплитуде импульса «белого не равно числу импульсов в другом пакете, пропорциональному амплитуде эталонного импульса, то на одном из выходов формирователя 9 образуется импульс, который подается на вход реверсивного счетчика схемы АРУ 32. Кроме того , с выхода формирователя 9 на управляющую схему реверсивного счетчика поступает импульс знака разности между амплитудами эталонного импульса и импульса «белого. В зависимости от знака этой разности импульс,

поступающий на реверсивный счетчик, прибавляется или вычитается из числа, зафиксированного в счетчике. Изменение этого числа импульсов на единицу передается с выхода реверсивного счетчика на вход цифро-аналогового преобразователя схемы АРУ 32, на выходе которого образуется положительное или отрицательное (в зависимости от знака разности ) приращение постоянного напряжения. Это приращение поступает на специальный вход регулирующего элемента 18 и вызывает соответствующее изменение его коэффициента передачи и, следовательно, изменение размаха видеосигнала, в том числе и импульса «белого , на выходе регулирующего элемента 18.

В последующих кадрах процесс сравнения амплитуд эталонного импульса и импульса «белого и последующего изменения размаха видеосигнала на выходе регулирующего элемента 18 повторяется до того момента, пока амплитуда импульса «белого не станет равной амплитуде эталонного импульса. В этот момент в формирователе разности отсчетов 9 вырабатывается импульс равенства, который с одного из выходов формирователя 9 подается на блок управления 15, где из него формируются управляющие импульсы, соответствующие окончанию цикла измерения сигнала и началу цикла измерения помехи.

В течение второго цикла (цикла измерения помехи) измеряют эффективное значение напряжения флуктуационной помехи, содержащейся в видеосигнале. Измерение эффективного значения помехи основано на усреднении по множеству разностей дискретных отсчетов (выборок) помехи, осуществляемых в соседних кадрах (полях) или строках. В зависимости от того, в каком звене телевизионного тракта производится измерение отнощения сигнал/помеха, а также в зависимости от ряда других факторов режим работы предлагаемого устройства в цикле измерения помехи может быть различным:

а)измерение производится в телевизионном канале линии связи или отдельного ее участка . В этом случае выборка мгновенных значений помехи осуществляется в интервале кадрового гасящего импульса один или несколько раз в каждом поле или кадре;

б)измерение производится в телевизионном канале линии связи с быстро изменяющимися параметрами (например, тропосферной линии связи). В этом случае выборка мгновенных значений помехи осуществляется в интервале каждого строчного гасящего импульса (например , на его задней площадке), что резко сокращает длительность измерения и тем самым позволяет производить измерение с достаточно высокой точностью.

в)измерение производится на выходе датчика видеосигнала или в какой-либо другой точке аппаратно-студийного канала изображения . В этом случае измерение производится непосредственно на сигнале изображения. Выборка мгновенных значений помехи может

осуществляться в любой точке телевизионного растра. При этом используется межкадровая или межстрочная корреляция, или совместно оба вида корреляции сигнала изображения .

Видеосигнал поступает на вход блока предварительной обработки видеосигнала 2 и на вход селектора 3. В селекторе 3 из видеосигнала выделяют синхроимпульс одной из испытательных строк или синхроимпульс любой другой строки, находящейся в интервале кадрового гасящего импульса. Выделенные синхроимпульсы с выходов селектора 3 подают на входы формирователя узких импульсов 4

блока управления 15 и блока предварительной обработки видеосигнала 2.

Видеосигнал, поступающий на вход 17 блока предварительной обработки видеосигнала , подается на вход регулирующего элемента 18, коэффициент передачи которого остается неизменным в течение всего цикла измерения помехи. С выхода регулирующего элемента 18 видеосигнал поступает на вход слагателя 19, с выхода которого он подается

через коммутатор 20 на вход усилителя 21. Импульсы, управляющие коммутацией, поступают на коммутатор 20 в момент окончания цикла измерения сигнала с одного из выходов блока управления 15 и подключают к выходу

слагателя 19 вход усилителя 21. Вход схемы АРУ 32 отключается от выхода слагателя 19, видеосигнал перестает поступать на этот вход, и схема АРУ 32 не работает в течение цикла измерения помехи.

Усилитель 21 и последующие схемы фиксации 22 (совместно с формирователем компенсирующего напряжения 33), ключевая схема 23 (последовательно с которой могут быть включены еще одна или несколько ключевых

схем) и усилитель 24 в значительной мере обеспечивают повыщение чувствительности предлагаемого устройства, т. е. расщирение пределов измерения в сторону малых уровней помехи (больших отнощений сигнал/помеха).

В усилителе 21 производится предварительное усиление видеосигнала. С выхода усилителя 21 видеосигнал подается на вход схемы фиксации 22 и на вход формирователя компенсирующего напряжения 33.

В схеме фиксации 22 осуществляется фиксация видеосигнала в каждой строке по уровню «черного (уровню гасящих импульсов), причем фиксирующие импульсы и опорное напряжение поступают на схему фиксации 22 с выходов формирователя компенсирующего напряжения 33. Опорное напряжение вырабатывается в формирователе 33 таким образом, что на выходе схемы фиксации 22 и, следовательно , на входе ключевой схемы 23 происходит компенсация пьедестала от видеосигнала и вместе с тем вУ2 раз увеличивается уровень флуктуационной помехи. Компенсация пьедестала позволяет с высокой точностью измерять

отнощение сигнал/помеха на любом уровне

видеосигнала и, следовательно, на любой (по яркости) детали изображения, что особенно важно при измерении на подвижном изображении .

В режиме а, когда уровень помехи измеряется в интервале кадрового гасящего импульса , видеосигнал с выхода схемы фиксации 22 подается на вход ключевой схемы 23, на другой вход которой поступают импульсы, вырабатываемые в блоке управления 15. Эти импульсы имеют длительность несколько микросекунд и совпадают по времени с тем участком видеосигнала в интервале кадрового гасящего импульса, на котором будет производиться выборка мгновенных значений помехи.

С выхода ключевой схемы 23,вырезки видеосигнала , представляющие собой пакеты помехи, поступают на вход усилителя 24. Значительно усиленные пакеты помехи с выхода усилителя 24 подаются через ключ 25 на вход фильтра 26 или 27. Фильтр 26 учитывает особенности визуального восприятия флуктуационной помехи на черно-белом телевизионном изображении и используется при измерении отнощения сигнал/помеха в тракте черно-белого телевидения. Фильтр 27 учитывает особенности визуального восприятия флуктуационной помехи на цветном телевизионном изображении и используется при измерении в тракте цветного телевидения. С выхода фильтра 26 (или 27) пакеты помехи поступают через ключ 28 на вход модулятора 5 в качестве модулирующего напряжения. На другой вход модулятора 5 с выхода формирователя узких импульсов 4 поступают импульсы малой длительности (порядка нескольких десятков наносекунд ), следующие с частотой полей (в режиме б - с частотой строк). Импульсы вырабатываются в формирователе 4 таким образом , что по времени они совпадают с участком видеосигнала, выбранным для измерения уровня помехи, т. е. они совпадают с пакетами помехи, получающимися на выходе ключевой схемы 23. Это обеспечивается с помощью импульсов, поступающих па вход формирователя 4 с одного из выходов селектора 3. Кроме того, в формирователе 4 вырабатываются импульсы яркостной отметки, которые с выхода 16 могут подаваться на видеоконтрольное устройство для индикации на его экрайе участка телевизионного изображения, на котором производится измерение уровня помехи .

В модуляторе 5 импульсы 4 модулируются по амплитуде мгновенными значениями помехи , содержащейся в выбранном участке видеосигнала (например, на уровне «черного в первой испытательной строке). В результате на выходе модулятора 5 образуется последовательность импульсов, промодулированных по амплитуде по случайному закону, соответствующему закону распределения мгновенных значений помехи. Таким образом, осуществляется дискретная выборка мгновенных значений измеряемой помехи. Следует отметить,

что выборка помехи может производиться в интервале кадрового гасящего импульса не один, а несколько раз в каждом поле, что сокращает длительность измерений.

Импульсы с выхода модулятора 5 подаются через коммутатор 6 на вход расширителя 7, сброс в котором осуществляется импульсами , поступающими с одного из выходов блока управления 15. В цикле измерения помехи коммутатор 6 подключает ко входу расщирителя 7 выход модулятора 5. В расширителе

7импульсы расщиряются на интервал поля, и расширенные импульсы с выхода расширителя 7 подаются на вход аналого-цифрового преобразователя 8, в котором эти импульсы преобразуются в пакеты импульсов. Число импульсов в этих пакетах пропорционально амплитудам соответствующих расширенных импульсов и, следовательно, мгновенным значениям напряжения измеряемой помехи. Скорость аналого-цифрового преобразования выбирается достаточно высокой, чтобы обеспечить преобразование наибольшего из практически возможных мгновенных значений помехи в режиме с наименьшим интервалом между соседними выборками помехи. С выхода аналого-цифрового преобразования 8 пакеты импульсов поступают на вход формирователя разности отсчетов 9.

В формирователе 9 осуществляется процесс поочередного запоминания и вычитания соседних отсчетов (выборок) мгновенных значений помехи, представленных пакетами импульсов.

8результате иа выходе формирователя 9 образуется последовательность пакетов импульсов , число которых в каждом пакете представляет в каком-либо коде (например в двоичном) разность соседних отсчетов помехи . Эта последовательность пакетов импульсов подается на анализатор разности. 10. При измерении помехи на подвижном изображении управляющие импульсы, поступающие с одного из выходов блока управления 15, включают анализатор 10.

Пакеты импульсов, соответствующие разностям соседних отсчетов помехи, не превышающим величину пороговой разности, с выхода анализатора 10 поступают на вход квадратора 11, в котором осуществляется возведение в квадрат этих разностей. С выхода квадратора 11 импульсы, соответствующие квадратам разностей, подаются непосредственно на вход интегратора 12. В интеграторе 12 производится накопление интегральной суммы (суммирование) заданного числа квадратов разностей соседних отсчетов помехи. Это число выбирается заранее в зависимости от требуемого режима работы в цикле измерения помехи и соответствует устанавливаемой емкости счетчика числа разностей, имеющегося в анализаторе разности 10. С вы.хода интегратора 12 имиульсы, соответствующие накоплепной сумме квадратов разностей, поступают на логарифматор 13, где в цифровой форме осуществляется логарифмирование

При логарифмировании

этой суммы. учитываются масштабные коэффициенты: - ,

соответствующий операции извлечения квадратного корня, и 20, необходимый для получения величины отношения сигнал/помеха в децибелах. С выхода логарифматора 13 импульсы , соответствующие эффективному значению помехи, подаются непосредственно на вход блока индикации 14, на индикаторе которого отсчитывается измеряемое отношение размаха сигнала к эффективному значениЕО флуктуационной помехи.

Импульсы со специального выхода блока индикации 14 могут подаваться на вход цифропечатающего устройства для регистрации результатов измерения.

Предмет изобретения

1. Устройство для автоматического измерения отношения сигнала к флуктуационной помехе, состоящее из последовательно соеди12

ненных, управляемых блоком управления селектора импульсов, формирователя импульсов , модулятора, коммутатора, расширителя, квадратора, интегратора, логарифматора, блока индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, между расширителем и квадратором последовательно включены аналого-цифровой преобразователь и формирователь разности отсчетов; при этом ко входу устройства подключен своим входом блок предварительной обработки видеосигнала, другие входы которого соединены с выходами формирователя разности отсчетов и селектора импульсов, а выходы -

со входами модулятора и коммутатора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений отношения сигнал/помеха на подвижном изображении, между выходом формирователя

разности отсчетов и входом квадратора включен анализатор разности отсчетов, соединенный с блоком управления.