Быструшкин
К.Н., Сорока Е.3.
Экспериментальное исследование
цифрового стереозвука в
телевидении
(сокращенный
вариант)
14 ноября 2003 г. в Москве на Первом
телеканале началось
стереофоническое телевещание в
цифровой системе NICAM-728. Без
сомнения, это заметное событие в
новейшей истории отечественного
телевидения. Цифровая система
позволяет существенно улучшить
качество звукового сопровождения.
В ряде стран Европы вещание по
системе NICAM-728 широко
распространилось в начале 90-х гг.
Там, где использовалась система
цветного телевидения ПАЛ и
стандарты вещания B/G с номинальной
полосой частот видеосигнала 5 МГц и
разносом несущих изображения и
звука 5,5 МГц, цифровой сигнал
стереозвука передавался на
дополнительной несущей,
расположенной на 5,85 МГц, т.е. выше
частоты аналогового ЧМ-звука.
Между тем во Франции, где
используется система цветного
телевидения СЕКАМ, стандарт
вещания L c номинальной полосой
частот видеосигнала 6 МГц и
разносом несущих изображения и
звука 6,5 МГц, при введении цифрового
стереозвука в телевидение
потребовались специальные
исследования. Работы были
проведены в 1991–1993 гг., и их
результатом явилась разработка
стандарта NICAM-728/L,
предусматривающего передачу
цифрового сигнала стереозвука на
дополнительной несущей с частотой
5,85 МГц (расположенной ниже частоты
аналогового звука) и уровнем
мощности –27 дБ относительно
пикового уровня мощности несущей
изображения. Поскольку частота 5,85
МГц попадает в номинальную полосу
частот видеосигнала, производилось
предварительное ограничение
полосы частот видеосигнала до 5,1
МГц.
Однако в России при
той же системе цветного
телевидения СЕКАМ используются
стандарты вещания D/K, которые
отличаются от стандарта L
полярностью модуляции
видеосигнала (во Франции
используется позитивная
модуляция), а также способом
модуляции аналогового звукового
сигнала (в России используется
частотная модуляция, во Франции —
амплитудная). Поэтому для
определения возможности передачи
цифрового стереозвука в
отечественной системе
телевизионного вещания
потребовалось провести
дополнительные испытания и
эксперименты.
Фактически было необходимо
проверить, как будут себя вести
телевизоры без декодера NICAM и
насколько хорошо будут принимать
стереозвук телевизоры, в которых
имеется декодер NICAM.
Соответствующие экспериментальные
исследования были проведены на
экспериментальном стенде приема и
распределения программ
аналогового и цифрового
телевидения ЗАО «МНИТИ» в
ноябре-декабре 2003 г.
Функциональная схема стенда
приведена на рис. 1. В нем
использовалась следующая
аппаратура: DVD-проигрыватель DVD-3300
(Denon), кодер СЕКАМ TTV 8320/S (Thomson-CSF),
модулятор СЕКАМ D/K OV35A (WISI),
звукомикшер Mx12/4 (Yamaha), модулятор NICAM
PM5687G/0 (Philips), усилитель OV50 (WISI),
анализатор спектра E4402B (Agilent),
измеритель уровней ТВ сигналов
Prolink-7 (Promax), контрольный цветной
телевизор 29PT9113/58 (Philips), звуковой
генератор, фильтр нижних частот,
ступенчатый аттенюатор TG-650 (Telonic),
аттенюатор, разветвитель SAH408F (RTM),
пассивный сумматор 75 Ом.
В качестве источника
испытательных видео- и звуковых
сигналов использовался DVD-Audio/Video
проигрыватель DVD-3300. Сигналы RGB с его
выхода подавались на вход
профессионального кодера СЕКАМ TTV
8320/S, с выхода которого сигнал СЕКАМ
через ФНЧ с частотой среза 5,1 МГц и
пассивный сумматор подавался на
вход канального модулятора D/K OV35A.
На другой вход сумматора через
ступенчатый аттенюатор подавался
сигнал с выхода модулятора NICAM-728
PM5687G/0. Модулятор преобразовывал в
цифровую форму аналоговые сигналы
стереозвука c выхода
DVD-проигрывателя, формировал из них
транспортный поток и производил
DQPSK-модуляцию поднесущей 5,85 МГц. С
помощью аттенюатора можно было
изменять уровень этой поднесущей в
составе комбинированного сигнала
СЕКАМ/NICAM-728. Звукомикшер Mx12/4
обеспечивал возможность изменения
уровня звуковых сигналов на входе
модулятора NICAM, а также
согласование несимметричного
RCA-выхода DVD-проигрывателя с
симметричным XLR-входом модулятора
NICAM.
На аналоговый звуковой вход
канального модулятора OV35A для
получения монофонического
(совместимого) звука подавался
микшированный аналоговый сигнал L+R
с выхода DVD-проигрывателя, либо тон 1
кГц от звукового генератора, что
позволяло на слух фиксировать
моменты отказа работы декодеров
NICAM, когда сигнал стереозвука
оказывался ниже порога
срабатывания декодера.
Сформированный канальным
модулятором радиосигнал
СЕКАМ/NICAM-728 на частоте 2-го
телевизионного канала 59,25 МГц через
разветвитель поступает на вход
испытываемого телевизора или
видеомагнитофона. Аттенюатор
служит для изменения уровня
входного сигнала, который
контролируется с помощью
измерительного приемника Prolink-7,
обеспечивающего также измерение
относительных уровней
составляющих радиосигнала.
Анализатор спектра E4402B, также
подключенный к разветвителю,
позволяет контролировать сигнал
СЕКАМ/NICAM, а также уровни несущей
изображения и аналогового звука на
входе испытываемого телевизора или
видеомагнитофона. Контрольный
цветной телевизор со встроенным
декодером NICAM-728 обеспечивает
непрерывный визуальный и слуховой
контроль сквозного канала передачи
стереозвука.
На рис. 2 и 3 приводятся полученные с
помощью анализатора спектра E4402B
спектрограммы телевизионных
радиосигналов СЕКАМ/NICAM,
используемых в эксперименте.
 Рис. 2. Спектр сигнала СЕКАМ/NICAM при повышенном уровне несущей NICAM (знак а). Соответствует качеству изображения 2 балла на телевизоре «Рубин» 51М10 |
 Рис. 3. Спектр сигнала СЕКАМ/NICAM при пониженном уровне несущей NICAM (знак а). Наблюдается срыв работы декодера в телевизоре Philips 32W9545/58 |
В качестве объекта испытаний было
использовано 27 цветных телевизоров
и видеомагнитофонов
отечественного и импортного
производства, в том числе со
встроенным декодером NICAM-728. Были
выбраны следующие телевизоры:
отечественные модели 1-го поколения
(лампово-полупроводниковый УЛПЦТИ),
2-го поколения (УПИМЦТ) и 3/4
поколения типа УСЦТ, а также
современные модели телевизоров
отечественных и зарубежных
производителей. Такую выборку
можно считать достаточно
репрезентативной, поскольку в ней
представлены практически все типы
телевизоров, составляющих основу
приемного парка у населения. Кроме
того, были испытаны 2 модели
видеомагнитофонов Hi-Fi и один
DVD-проигрыватель.
Целью испытаний было определение
оптимальных значений уровня
поднесущей 5,85 МГц цифрового
стереозвука NICAM-728, передаваемого в
составе телевизионного
радиосигнала СЕКАМ D/K. При этом
решались три задачи:
• определение предельных
(максимальных) уровней поднесущей
NICAM-728 (в дБ относительно пикового
уровня несущей изображения), при
которых помеха в изображении или
звуке испытываемых телевизоров
фиксируется на пороге восприятия
(оценка по субъективной шкале
качества 4,5 балла);
• определение минимальных
значений уровня цифровой
поднесущей, создающих условия для
нормальной работы декодера NICAM-728 в
телевизорах и стереомагнитофонах
Hi-Fi со встроенным декодером;
• выработка рекомендаций по
оптимальному уровню поднесущей
цифрового стереозвука,
обеспечивающего максимальную зону
уверенного приема стереозвука
NICAM-728 и в то же время не приводящего
к появлению заметных помех в
основных типах отечественных и
импортных телевизоров.
Методики, использованные при
испытаниях
Определение предельных уровней
несущей NICAM. На DVD-проигрыватель
устанавливался тестовый DVD и
включался в режим воспроизведения.
В качестве тестового использовался
DVD-диск компании «Твистер» с
записью фильма «Терминатор-2».
С помощью кодера СЕКАМ
компонентный видеосигнал с выхода
проигрывателя преобразовывался в
стандартный видеосигнал системы
СЕКАМ по ГОСТ 7845-92. Органами
управления модулятора NICAM-728
выставлялись стандартные
параметры модуляции. Ступенчатый
аттенюатор устанавливался на
максимальное ослабление сигнала
NICAM. Полученный комбинированный
сигнал СЕКАМ/NICAM-728 c выхода
сумматора подавался на вход
модулятора стандарта D/K.
Органами управления модулятора D/K
на его выходе выставлялась частота
несущей второго телевизионного
канала. При помощи аттенюатора на
контрольном выходе разветвителя (и
следовательно, на входе
испытываемого телевизора или
видеомагнитофона) по анализатору
спектра устанавливался уровень
немодулированной несущей
радиоканала 3 мВ, т.е. 70 дБ(мкВ), а
уровень ЧМ-несущей аналогового
звука органами управления
модулятора D/K — равным –10 дБ
относительно уровня несущей
изображения. После этого
включалась модуляция звука и
изображения.
С помощью анализатора спектра
контролировались относительные
уровни несущих изображения и
аналогового звука на соответствие
требований ГОСТ 7845-92 (уровень
несущей звука должен быть –10 дБ
относительно несущей изображения).
С помощью ступенчатого аттенюатора
уровень несущей цифрового
стереозвука NICAM-728 устанавливался
–20 дБ относительно измеренного
ранее уровня несущей изображения.
Телевизор или видеомагнитофон
настраивали на частоту
телевизионного канала, на котором
передавался испытательный сигнал
СЕКАМ/NICAM-728, и добивались получения
устойчивого приема звука и
изображения. При помощи
контрольного телевизора
убеждались в высоком качестве
испытательных сигналов звука и
изображения.
В тех случаях, когда телевизор или
видеомагнитофон имеет встроенный
декодер цифрового звука NICAM-728, его с
помощью органов управления
аппарата переводили в режим приема
стандартного монофонического
звука.
Испытания проводились при уровнях
сигнала NICAM-728 относительно уровня
несущей изображения –35ѕ–10 дБ,
изменяемого с помощью аттенюатора
с шагом 1 дБ. При этом для каждого
испытания методом субъективной
оценки определялось
наличие/отсутствие помех в
телевизионном приеме от цифровой
несущей NICAM-728. Помехой считалось
любое изменение изображения или
монофонического звука,
происходящее при включении
цифровой несущей в модуляторе
NICAM-728. Для повышения достоверности
испытание проводилось путем
многократного
включения/выключения несущей NICAM
при каждом значении уровня этой
несущей в диапазоне –35ѕ–10 дБ.
Определение минимальных
уровней цифровой несущей для
нормалььной работы декодера NICAM. Телевизор
или видеомагнитофон со встроенными
декодерами цифрового стереозвука
NICAM-728 настраивался на частоту
телевизионного канала с
испытательным сигналом СЕКАМ/NICAM-728,
добиваясь получения устойчивого
приема звука и изображения. С
помощью контрольного телевизора
убеждались в высоком качестве
испытательных сигналов звука и
изображения. Телевизор или
видеомагнитофон переводились в
режим приема стереозвука.
Испытания проводились при уровнях
сигнала NICAM-728 относительно уровня
несущей изображения –50ѕ–10 дБ. При
этом использовались субъективные
оценки качества изображения.
Условия проведения испытаний в
целом соответствовали
Рекомендации ITU-R BT.500 «Методика
субъективной оценки качества
телевизионного изображения».
Качество изображения оценивалось
по пятибалльной шкале ухудшения,
исходя из степени заметности
помехи: 5 — незаметна; 4 — заметна,
но не мешает;
3 — немного мешает; 2 – мешает; 1 —
сильно мешает.
Заключение
При уровне несущей NICAM относительно
несущей изображения, превышающим
–26...29 дБ, для большинства
телевизоров достигался порог
заметности (оценка 4,5...5 баллов)
помехи от нее. Полное отсутствие
помехи обеспечивалось при уровнях
–28...30 дБ. Таким образом, для
эфирной передачи можно
рекомендовать уровень несущей NICAM
–28...30 дБ (применительно к
испытанным телевизорам). При таком
уровне обеспечивается надежная
работа декодеров NICAM, встроенных в
телевизоры и видеомагнитофоны Hi-Fi,
поскольку порог включения
находится в диапазоне
относительных уровней несущей NICAM
–42ѕ51 дБ.
Результаты экспериментов
находятся в согласии с
международными рекомендациями. В
частности, в рекомендации ITU-R BS.707-4
для стандартов D, K, K1, L отношение
пиковой мощности несущей
изображения к мощности цифрового
звука на поднесущей 5,85 МГц,
располагаемой ниже несущей
аналогового звука, равное 500:1 (27 дБ).
Авторы выражают благодарность В.А. Самовичу, И.А. Николаеву и В.В. Самовичу, обеспечившим проведение экспериментальных исследований
Полный текст - в № 2 журнала "ТКТ" за 2004 г.
