Результаты обработки сигналов цифрового радиовещания

Результаты обработки сигналов цифрового радиовещания

Ключевые слова: Сигнал звукового вещания, цифровые тракты, искажения сигнала, компенсация с помощью аудиопроцессорной обработки, аналитическая огибающая и мгновенная фаза.

При передаче сигнала звукового вещания по цифровым трактам первичного распределения программ с компактным представлением ухудшаются практически все параметры определяющие качество его передачи. Удобным параметром оценки является относительная средняя мощность. Используемые в настоящий момент алгоритмы обработки (процессоры Optimod фирмы ОгЬап, dBmаx и т.п.) осуществляют адаптивное изменение коэффициента передачи, сопровождающееся расширением спектра сигнала. Такое расширение в области низких частот приводит к необходимости расширения полосы пропускания входных цепей модулятора передатчика до 0,4 Гц. ПЬчти для всех радиовещательных станций, использующих регулировку уровня или интенсивную аудиопроцессорную обработку с увеличением относительной средней мощности, тракт передачи сводит ее на нет. Исследована возможность компенсации с помощью аудиопроцессорной обработки одного из характерных искажений — перегрузки. Проведенное исследование показало, что в трактах с компактным представлением сигнала целесообразно проводить дополнительную коррекцию сигнала, снижающую искажения кодирования. При выборе алгоритмов коррекции необходим контроль отсутствия расширения полосы в области низких частот, которые обрезаются трактом вторичного распределения, снижая эффективность обработки. Раздельная аудиопроцессорная обработка аналитической огибающей и мгновенной фазы позволяет скомпенсировать искажения ограничения в тракте.

Абрамов В.А.,

к.т.н., доцент кафедры РВ и ЭА, МТУСИ

Венедиктов М.Д.,

д.т.н., профессор МТУСИ

Попов О.Б.,

к.т.н., профессор кафедры РВ и ЭА МТУСИ Рихтер С.Г,

к.т.н., профессор кафедры РВ и ЭА МТУСИ

Известно, что при передача сигнала звукового вещания по цифровым трактам первичного распределения программ с компактным представлением ухудшаются практически все параметры определяющие качество его передачи. Удобным параметром оценки является относительная средняя мощность (ОСМ), мощность реального сигнала, отнесенная к мощности гармонического сигнала с амплитудой равной номинальному значению для канала (ОСМк), или пиковому значению на выборке (ОСМс). ОСМк используется для оценки эффективности использования канала и коррелирован с громкостью сигнала. С помощью ОСМс оцениваются любые искажения сигнала. Как правило, относительная средняя мощность (ОСМ) сигнала падает с уменьшением используемой скоростью цифрового потока. На рис. 1 приведена зависимость нормированных значений максимальных и минимальных ОСМк (по отношению к значениям ОСМк исходного сигнала) от скорости цифрового потока, а также заметность вносимых при МРЕЭ-кодировании искажений (в %), усредненная по сигналам десяти различных радиовещательных станций (РВС). Как видно из графика, ОСМк падает, а заметность искажений растет.

Для компенсации падения ОСМк, используется специальная обработка (коррекция) сигнала на передающей или приемной стороне. Проведенное моделирование показало, что эффективность

Рис. 1. Зависимость ОСМк и заметности искажений сигнала от скорости цифрового потока

восстановительной коррекции выше, но при этом требуется гораздо больше аппаратуры. Для предварительной коррекции аудиопроцессоры ставяться только в центре распределения программ.

Наиболее популярным на настоящий момент аудиопроцессором является "Орйто^1 фирмы ОгЬап. В конце девяностых годов разработан подобный процессор "АРГО" и у нас в стране [1]. В таблице приведены результаты измерения ОСМк критического для данной задачи сигнала, женского вокала, при предварительной обработке этими аудиопроцессорами — для ряда значений скорости 1^2 сигнала, сжатого с использованием алгоритма МР3. По результатам исследований с использованием представительной базы звуковых сигналов до скоростей около 160 кбит/ с аудиопроцессор может быть установлен и на входе и на выходе тракта, для скоростей ниже 128 кбит/с желательно ставить его около передатчика.

Проведена оценка эффективности использования для такой обработки аудиопроцессора ВеЫпдег, рис. 2. В качестве источника сигнала использовался выход персонального компьютера (ПК).

Используемые в настоящий момент алгоритмы обработки (процессоры Optimod фирмы ОгЬап, dBmax и т.п.) осуществляют адап-

Абсолютные значения ОСМк

Тип алгоритма предварительной обработки ЗС При Кг. равной, кбит/с

705 160 96 32

АРГО 0.180 0.170 0.145 0.100

Оптимод 0.120 0.110 0.098 0.068

Без обработки 0.048 0.05 0.047 0.047

Сигнал на выходе АРГО

Рис. 2. Сигнал на входе и выходе аудиопроцессоров

тивное изменение коэффициента передачи, сопровождающееся расширением спектра сигнала. Такое расширение в области низких частот приводит к необходимости расширения полосы пропускания входных цепей модулятора передатчика до 0,4 Гц. Только при соблюдении этих условий гарантируется высокая эффективность использования устройств. Это оговорено в инструкции, но не всегда выполнимо на практике. Кроме того, при этом не учитывается влияние входных и выходных цепей радиоприемных устройств, также не рассчитанных на пропускание почти постоянной составляющей. На рис. 3а,б, показаны результаты моделирования прохождения обработанного аудиопроцессорами сигнала через тракт вторичного распределения с полосой 100 Гц — 5,7 кГц (Ф).

Незначительное изменение ОСМс свидетельствует о сохранении качества сигнала обеими аудиопроцессорами. ОСМк сигнала обработанного ВеЬіпдег после прохождения фильтра снижается почти вдвое, в то время как сигнал, обработанный АРГО теряет всего около 10%, за счет преимуществ алгоритма.

Не надо думать, что положение в реальной передающей сети сильно отличается. На рис. 4 приведены результаты исследования изменения ОСМк реального вещательного сигнала в тракте вторичного распределения на выходе контрольного приемника.

Очевидно, что почти для всех РВС, использующих АРУР или интенсивную аудиопроцессорную обработку с увеличением ОСМк, тракт переда-чи сводит ее на нет. Таким образом, увеличение ОСМк, ради которого проводиться обработка, после прохождения СЗВ через ТВРП практически исчезает, а негативные изменения, уменьшение динамического диапазона, увеличение крутизны фронтов, подчеркивание сигналов придыхания, после его глубокой ауди-опроцессорной обработки или автоматического регулирования в сигнале остаются.

В ходе эксперимента была исследована возможность компенсации с помощью аудиопроцессорной обработки одного из характерных искажений — перегрузки. На рис. 5 приведены осциллограммы сигнала звукового вещания на входе и выходе спутникового канала.

Сигнал на выходе спутникового канала обрабатывался аудиопроцессорами ВеЬіпдег, рис.6, и АРГО, рис. 7. На рис. 6 хорошо виден традиционный процесс регулирования с временами срабатывания и восстановления можно заметить, что искажения внесенные в спутниковом канале не устраняются, а усугубляются искажениями динамики сигнала.

Рис. 3а. Выход ВеЬіпдег — выход модели ТВРП

Рис. 3б. Выход АРГО — выход модели ТВРП

Рйс. 4. Изменение среднего значения ОСМк в тракте вторичного распределения

^wwiWMMїї

Рис. 5. Сигнал на входе и выходе спутникового канала

Рис. б. Сигнал на входе и выходе аудиопроцессора Behinger

Рис. 7. Сигнал на входе и выходе аудиопроцессора АРГО

Рис. 8. Восстановление сигнала на выходе аудиопроцессора АРГО

После обработки аудиопроцессором АРГО искажения динамики минимальны, рис. 7, а искажения ограничения скомпенсированы, за счет раздельной обработки аналитической огибающей сигнала и его мгновенной фазы, рис. 8.

Проведенное исследование показало, что в трактах с компактным представлением сигнала целесообразно проводить дополнительную коррекцию сигнала, снижающую искажения кодирования.

При выборе алгоритмов коррекции необходим контроль отсутствия расширения полосы в области низких частот, которые обрезаются трактом вторичного распределения, снижая эффективность обработки.

Раздельная аудиопроцессорная обработка аналитической огибающей и мгновенной фазы позволяет скомпенсировать искажения ограничения в тракте.

Литература

1. Патент №2165127. Б.И. №10, 2001г. Способ автоматического регулирования пиковык значений электрических вещательных сигналов на заданный уровень при стабилизации относительной средней мощности и устройство для его реализации / Мишенков С.Л., Петрова ГА., Попов О.Б., Рихтер С.Г

2. Патент РФ № 2383101 БИ №6 27.02.2010 "Способ автоматического регулирования пиковьх значений монофонических вещательньх сигналов на заданный уровень при стабилизации относительной средней мощности и устройство для его реализации" / Попов О.Б., Рихтер С.Г

3. Исследование заметности искажений в радиовещательных каналах/ Под ред. И. Е. Горона. — М.: Связьиздат, 1959.

3. Попов О.Б., Рихтер С.Г. Цифровая обработка сигналов в трактах звукового вещания. — М.: Горячая линия — Телеком, 2007. — 341 с.

5. Попов О.Б., Рихтер С.Г. Цифровая обработка и измерения сигналов в трактах звукового вещания. — М.: Инсвязьиздат, 2010. — 292 с.

The results of signal processing of digital broadcasting

V.A.Abramov, M.D.Venediktov, O.B.Popov, S.G. Rihter, МТUSI/ Moscow

Abstract

Signal transmission over digital audio broadcasting paths primary distribution programs with compact representation deteriorate almost all parameters which determine the quality of transmission. Convenient parameter estimation is the relative average power. Currently in use algorithms (CPU Optimod, Orban, dBmax etc.) implement adaptive change transfer coefficient, a corresponding increase in the signal spectrum. Such an extension of the low frequency results in the need to expand bandwidth input circuits transmit modulator and 0,4 Hz. Almost all radio stations using level control or intensive processing with increasing relative average power transmission path reduces it to nothing. We investigated the possibility of compensation by audioprotses one of the characteristic correction — overload. The study showed that the paths with a compact representation of the signal is advisable to carry out an additional correction signal, which reduces distortion coding. When selecting correction algorithms necessary to control expansion band in the absence of the low frequencies that are cut tract secondary distribution, reducing the effectiveness of treatment. Separate audioprotsessor analytical processing envelope and instantaneous phase compensates for distortion limits tract.

Keywords: signal of a sound announcement, digital paths, signal distortions, indemnification by means of audioprocessor processing, an analytical bending around and instant phase.