60Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Оценка качества телевизионного сигнала, принимаемого со спутника


А. Наумов Теле-Спутник - 1(15) Январь 1997 г.




Рис.1.
Часто при просмотре спутниковых телевизионных каналов можно заметить, что даже с одного и того же спутника далеко не все они принимаются с одинаковым качеством. Существует проблема сравнения качества при приеме разных каналов или при приеме одинаковых каналов на разных приемных установках. Как писалось ранее (см. №10 журнала за 1996 г.), для оценки качества изображений Международный Радиоконсультативный Комитет выработал пятибалльную шкалу экспертных оценок. Она оказалась связанной с таким параметром изображения, как отношение сигнал - шум (S/N). Сложность при оценке качества принимаемых со спутника телевизионных изображений вносит применяемая при их передаче частотная модуляция (ЧМ) несущей частоты. Применение частотной модуляции, среди прочего, вызвано тем, что при одинаковом отношении несущая - шум (C/N) на входе ресивера отношение сигнал - шум (S/N) на его выходе превосходит тот же параметр при сигнале с амплитудно-модулированной несущей. Выигрыш этот зависит от параметров частотной модуляции и достигает десятков децибел.

Величину выигрыша можно рассчитать следующим образом:FM=10Lg1.5(девиация



Телевизионное изображение (сверху вниз):1) при входном C/N > 12 дБ;
Пример: при 13,5 МГц девиации и ширине полосы 26 МГц (таковы параметры модуляции у ТВ сигнала со спутника "Галс")FM=10Lg1.5

При девиации 19 МГц и ширине полосы 30 МГц для полутранспондерной передачи со спутника EUTELSAT выигрыш составляет 21,1 дБ.



2) при входном C/N = 10 дБ;
Так как при частотной модуляции наиболее подвержены воздействию шума ВЧ компоненты видеосигнала, то дополнительным методом для улучшения выходного отношения сигнал - шум является внесение так называемых предыскажений, т.е. искусственного подъема высокочастотных компонент сигнала при передаче. При приеме сигнал подвергается обратной обработке. Выигрыш, даваемый введением частотных предыскажений, составляет 2 дБ.

Вообще говоря, из-за различного ЧМ выигрыша для разных по частоте компонент сигнала на практике прибегают к взвешенному измерению отношения сигнал/шум на выходе ресивера, когда каждая компонента входит в измеренное отношение S/N с определенным весом. Для сигнала с верхней частотой 5 МГц взвешивающий фактор равен 11,2 дБ.



3) при входном C/N = 6 дБ.
Отношение между выходным взвешенным S/N и входным C/N будет следующим:взв.S/N+FM+выйгрыш предыскажений+взвешивающий фактор (1)

Данное выражение позволяет формально связать измеренное отношение несущая - шум на входе ресивера и взвешенное отношение сигнал - шум на его выходе, а затем на основе последнего оценить качество принимаемого сигнала по пятибалльной шкале.

При недостаточном уровне несущей на входе ресивера отношение сигнал - шум на его выходе резко падает (см. рис 1). Отношение несущая - шум, при которой это происходит, называется пороговым. Его типичное значение - примерно 10 дБ. Визуально при этом на изображении появляются особые импульсные шумы, напоминающие короткие штрихи белого или черного цвета. В англоязычной литературе они называются "sparklies" (искры). У нас их называют "снег" или "мухи" (см. фото 1). Другой особенностью частотно-модулированного сигнала является то, что при одинаковых уровнях несущая - шум разные изображения по-разному подвержены импульсным шумам. Наиболее заметны они на изображениях, имеющих большое количество мелких деталей или яркие насыщенные цветовые сюжеты, т.е. имеющие значительную высокочастотную компоненту в своем спектре.



Качество телевизионного изображения канала RTL2 на антенну 90 см в Санкт-Петербурге (C/N = 10.1).
Измерение чувствительности ресиверов для избежания какой-либо неопределенности производят на черном поле. Число импульсных помех при этом должно в единицу времени соответствовать определенному количеству. Полученная при этом величина (C/N) называется статическим порогом ресивера. Чем она меньше, тем более чувствительным считается ресивер. Реально импульсные шумы на изображении становятся видимыми уже при уровне несущая - шум на 3-4 дБ превосходящем порог ресивера.

Существует множество технических способов понизить заметность импульсных шумов на картинке. Они в той или иной степени применяются производителями спутниковой приемной аппаратуры. Наиболее простой способ заключается в уменьшении полосы пропускания ресивера. Многие промышленные ресиверы имеют переключаемую ширину полосы. Ресиверы, изготавливаемые радиолюбителями на начальной стадии развития спутникового телевидения, имели ручку плавной регулировки полосы. При сужении полосы количество "снега" на экране снижается. Однако при этом падает разрешение и возникает так называемый эффект трункации, проявляемый как разрывы или "тянучки" на сюжетах с резкими вертикальными переходами. Одновременно с импульсными шумами на изображении продолжает присутствовать тепловой - или флуктуационный - шум, видимый как песок или зерно. Его интенсивность не имеет избирательного характера к сюжету. Совокупность флуктуационного и импульсного шума при недостаточном уровне несущая - шум на входе раздражает при просмотре, а при дальнейшем его понижении делает просмотр невозможным, срывая синхронизацию (см. фото 2). Обычно это происходит при отношении несущая - шум около 5 дБ. Подробно соотношение между входным C/N и наблюдаемым качеством видеосигнала представлено в таблице 1.

Надо сказать, что для аудиосигнала, принимаемого со спутника, справедливы те же замечания относительно частотной модуляции. Флуктуационные шумы проявляются в этом случае как шипение, а импульсные шумы частотного декодирования - как треск.

Учитывая наличие импульсных шумов частотного детектирования, измерить какие-либо параметры на выходе ресивера для оценки качества приема весьма трудно. Таким образом, доступным объективным параметром сравнения качества приема спутникового телевизионного изображения является отношение несущая - шум на входе ресивера. Чтобы измерить его, требуется специальный прибор, на котором при настроенной антенне осуществляется замер уровня сигнала. Затем, не меняя частоты настройки, антенна отворачивается круто вверх, и производится измерение уровня шума. Вычтя из первой величины вторую, можно получить искомое отношение в децибелах. Таким образом получается практическое его значение. Существует методика расчета этой же величины на основе величины, эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (EIPR), излучаемой со спутника. При расчете учитывается множество величин: размер и наклон антенны, ширина полосы передаваемого канала, потери распространения радиоволн, шумы конвертора и прочее. На основе сделанных с контрольной антенны измерений (C/N) по различным каналам можно сделать вывод об ожидаемом качестве приема этих каналов и рекомендовать для каждого канала антенну требуемого размера. На основе вычисленного или замеренного C/N, если оно больше порогового, можно, зная параметры модуляции канала, по соотношению (1) перейти к взвешенному отношению S/N. При C/N<10 оценка качества производится только по табл. 1. Примером могут служить приводимые в таблице данные по некоторым каналам, передаваемым со спутников EUTELSAT II F1/HOT BIRD, измеренные на офсетной антенне размером 90 см с усилением 39 дБ и конвертором с коэффициентом шума 1,0 дБ в ясную погоду в дополуденное время (см. табл. 2). Измерения проводились в Петербурге. Измеренное отношение после пересчета во взвешенное отношение сигнал/шум на выходе ресивера позволяет оценить качество принимаемого сигнала, используя зависимость между S/N и шкалой экспертных оценок.

Имея в виду, что приемлемым качеством можно считать получаемое при C/N=13 дБ, то, например, для канала RTL 2 получить его можно, увеличив на 3 дБ уровень принимаемого сигнала. Это может быть достигнуто установкой антенны размером 120 см, что даст прирост усиления сигнала на 3 дБ.

Приведенные объяснения позволяют ответить на так часто встречающиеся на практике вопросы: что за "мухи" на изображении некоторых каналов и насколько увеличить антенну, чтобы от них избавиться.


Табл. 1.
C/N (дБ)Качество сигнала
5срыв синхронизации
6максимально зашумленное изображение со "снегом"
7то же, но с меньшим "снегом"
10редкий "снег" по всему изображению при SECAM и на цветных его частях при PAL
12"снег" только на очень ярких насыщенных цветом
деталях изображения
13качество хорошего видеомагнитофона
14качество кабельной сети

 

Табл. 2.
Название каналаЧастота (МГц)C/N (дБ)Взвеш.S/N (дБ)КачествоНаличие "снега"
MCM1.30714.652.3отл.нет
VIVA 111.00611.445.7очень хор.сильный
VIVA 210.9729.944.2очень хор.сильный
Onyx11.1469.543.5хор.сильный
Deutsche Welle11.16312.550.2отл.редкий
RTL 211.09510.144.4очень хор.сильный


 
Теле-Спутник Январь 1997
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт