Модуль измерения отношения сигнал/шум

Разрабатываемое СИ - модуль измерения отношения сигнал/шум предназначено для применения в телевидении в качестве рабочего стационар-ного средства измерения и контроля параметров телевизионного сигнала монохромного телевидения на выходе любого источника видеосигнала.Основанием для разработки является задание на дипломный проект, выданное на кафедре информационно-измерительной техники 3 апреля 1996г. Целью разработки является создание модуля измерения отношения сигнал/шум ( в дальнейшем модуль измерения ОСШ ) ,более совершенного, экономичного и точного , чем используемый сейчас на телецентрах Украины модуль измерения соотношения сигнал/шум ИСШ-4М, который является морально устаревшим и не удобным в обращении.

Данный модуль является необходимым при настройке параметров любого звена (участка) тракта изображения аппаратно-студийного комплекса телевизионного центра или передвижной телевизионной станции. Кроме того модуль измерения ОСШ может быть использован в лабораториях и на заводах-изготовителях при разработке и проверке телевизионной передающей аппаратуры.

Источниками разработки является техническая документация ПО “Оркан” на модуль измерения отношения сигнал/шум ИСШ-4М. 1. Требования к климатическим и механическим воздействиям. 1. Модуль измерения ОСШ должен соответствовать требованиям ГОСТ 15150-69 и 2 группы ГОСТ 22261-2. Модуль измерения ОСШ должен сохранять внешний вид и свои параметры в процессе воздействия следующих видов климатических и механических факторов, указанных в таблице 1, соответствующих климатическому исполнению УХЛ категории размещения 4.1 по ГОСТ 15150-69. Таб. 1. Влияющие факторы Рабочие условия Предельные условия эксплуатации Верхн. знач. Нижн. знач. Верхн. знач. Нижн. знач. Температура окружающего воздуха.

С о + 25 + 10 + 40 + 1 Относительная влажность % ( при t= C о ) 60 ( 20 ) 80 ( 25 ) Атмосферное давление, кПа 106,7 86,3. Нормальные значения влияющих величин по ГОСТ 22261-82 : температура окружающего воздуха - 20 о С 5% ; относительная влажность ок-ружающего воздуха - 40-70% ; атмосферное давление - 88-104 кПа. 4. Модуль измерения ОСШ должен обеспечивать в рабочих условиях эксплуатации требуемые характеристики по истечении времени установления рабочего режима. 5. Время установления рабочего режима не должно быть более 10 секунд по ГОСТ 22261-6. Модуль измерения ОСШ должен допускать продолжительность непрерывной работы не менее 8 часов. 2. ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКТИВНОМУ УСТРОЙСТВУ. 1. Масса модуля измерения ОСШ должна быть не более 25 кг. 2.Модуль измерения ОСШ должен иметь габаритные размеры 482х177х415 мм для установки модуля в состав стойки контроля и измерений С-1459, применяемой на телецентрах Украины. 3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИ. Разрабатываемый модуль измерения ОСШ должен иметь такие технические характеристики : 1. Рабочий диапазон частот измерения ОСШ должен соответствовать стандарту на видеосигнал ; 2. Измерение ОСШ полного телевизионного видеосигнала размахом 0,7В или видеосигнала без синхронасадки размахом 0,5-0,9 В вещательного стандарта разложения ( ГОСТ 7845-79) ; 3. Входное сопротивление модуля измерения ОСШ в рабочей полосе частот - 75 Ом 5% ; 4. Наличие внутренней синхронизации от полного телевизионного видеосигнала, внешней синхронизации от сигнала синхронизации приемника, внешней синхронизации от строчных и кадровых синхронизирующих импульсов; 5. Размах внешнего синхронизирующего сигнала должен быть 2-3 В отрицательной полярности ; 6. Входное сопротивление модуля измерения ОСШ по цепям синхронизации - 75 Ом 5%; 7. Диапазон измерения отношения сигнал/шум - 20-60 dB ; 8. Модуль измерения ОСШ должен обеспечивать измерения ОСШ на любой детали изображения в активной части растра ; 9. Модуль измерения ОСШ должен иметь выход на видеоконтрольное устройство видеосигнала, содержащего импульс яркостной метки для индикации детали изображения, на которой происходит измерение ОСШ . 4. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИ. Разрабатываемый модуль измерения ОСШ должен иметь такие метрологические характеристики : 1.Предел относительной допускаемой основной погрешности % где, - нормирующее значение ОСШ - результат измерения ОСШ. 2. Вариация показаний не должна превышать - 1,5 dB ; 3. Минимальная цена деления цифрового индикатора модуля измерения ОСШ - 0,1 dB ; 4. Время установления показаний модуля измерения ОСШ не более 45 секунд. 5. ТРЕБОВАНИЯ К НАДЕЖНОСТИ 5.5.1. По требованиям к надежности СИ модуль измерения ОСШ должен соответствовать требованиям ГОСТ 22261-2. Время безотказной работы модуля измерения ОСШ должно быть не менее 1500 часов. 3. Значение среднего ресурса должно быть не менее 5000 часов. Ремонт и техническое обслуживание должны проводиться в бюро измерительной техники телецентра специально обученным персоналом. 4. Среднее время восстановления модуля измерения ОСШ должно быть не более 2 часов. 6. УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ Модуль измерения ОСШ предназначен для эксплуатации в составе стойки измерений и контроля С-1459 и должен иметь разъем для приема входного сигнала совместимый со стандартным разъемом стойки. Модуль измерения ОСШ должен быть смонтирован в стандартном корпусе, предназначенном для установки в ячейку стойки С-1459. Питание модуля осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220В с частотой 50Гц 3%. 7. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ, ОБСЛУЖИВАНИИ И РЕМОНТЕ. 1. Наружные металлические части, оси органов управления и регулирования модуля измерения ОСШ, к которым имеется доступ снаружи, не должны находиться под напряжением относительно корпуса. 2. Корпус модуля измерения ОСШ должен иметь зажим или контакт защитного заземления. 3. Должна быть предусмотрена световая индикация включения сетевого выключателя. 8. ЕРЕНИЯ ОСШ. Модуль измерения ОСШ должен обеспечивать возможность контроля метрологических характеристик в процессе изготовления и эксплуатации без необходимости демонтажа печатных плат, входящих в состав модуля измерения соотношения сигнал/шум. 5.9.ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДСТВАМ И МЕТОДАМ ПОВЕРКИ. 5.9.1. На разрабатываемый модуль измерения ОСШ должна быть разработана поверочная схема по ГОСТ 8.061-72. 5.9.2. Для проверки модуля измерения ОСШ должна быть применена схема, параметры которой определяются по МИ 83-76. 5.9.3. При проведении поверки модуль измерения ОСШ условия окружающей среды должны быть нормальные. 1. Введение.

Разрабатываемое средство измерения - модуль измерения отношения сигнал/шум (в дальнейшем модуль измерения ОСШ) является стационарным, рабочим средством измерения, предназначенное для замены морально устаревшего и не экономичного модуля измерения отношения сигнал/шум ИСШ-4, методическая база которого легла в основу данного проекта. 2. Назначение и область применения разрабатываемого модуля измерения отношения сигнал/шум. Модуль измерения ОСШ предназначен для автоматического цифрового измерения отношения размаха видеосигнала к эффективному значению помехи на деталях статического телевизионного изображения, а также в интервале кадрового гасящего импульса во время передачи телевизионной программы. Величина отношения сигнал/шум (ОСШ) может быть измерена относительно размаха видеосигнала между уровнями: а)гашения и белого; б)черного и белого; в)гашения и белого в интервале кадрового гасящего импульса.

Модуль измерения ОСШ может быть использован для измерения ОСШ в сигнале монохромного телевидения на выходе любого источника видеосигнала или любого участка тракта изображения аппаратно-студийного комплекса телевизионного центра или передвижной телевизионной станции; в первичных сигналах (R,G,B) цветного телевидения на соответствующих выходах камерного канала или декодирующего устройства; на выходе телекинопроекционной аппаратуры видеомагнитной записи; на выходах оконечных и промежуточных пунктов телевизионных линий связи в процессе передачи телевизионной программы и при передаче типовых испытательных сигналов.

Кроме того модуль измерения ОСШ может быть использован в лабораториях и на заводах-изготовителях при разработке и проверке телевизионной передающей аппаратуры.

Предназначение данной разработки состоит в модернизации находящегося в эксплуатации на теле-визионных центрах Украины модуля измерения ОСШ - ИСШ-4, перевод блоков прибора на современную элементную базу с другими схематическими решениями, изменении функциональных и принципиальных схем блоков существенно влияющих на погрешность измерения. 3. Анализ метода определения отношения сигнал/шум . Отношение сигнал/шум в телевидении определяют как отношение размаха видеосигнала между уровнями белого и гашения (или черного) к эффективному значению шума . Отношение сигнал/шум выражают в децибелах в соответствии с выражением (3.1): = (дБ) (3.1) где U c -размах видеосигнала U э.ш. -эффективная величина шума. Под эффективной величиной шума подразумевается средне-квадратическое значение амплитуды шума. Выражение (3.1) имеет в правой своей части две переменные величины, в следствии чего вычисления потребуют больших затрат, чем если бы в правой выражения (3.1) была бы одна переменная величина.

Поэтому есть смысл пронормировать одну из величин и таким образом облегчить процесс обработки информации.

Так как видеосигнал является более стационарным по сравнению с шумом, есть смысл нормировать именно его. Таким образом автоматическое поддержание постоянным размаха видеосигнала заменяет собой измерение размаха видеосигнала.

При этом измерение отношения сигнал/шум сводится к измерению величины шума, и алгоритм (3.1) преобразуется в алгоритм : = (3.2) где В о -константа.

Обработка шума с целью определения эффективной величины шума в формуле (3.2) осуществляется с помощью стробоскопического метода [ 1 ] , суть которого состоит в выборке мгновенных некоррелированных значений шума с частотой повторения сигнала и в запоминании выбранных значений на время между выборками. Таким образом, период выборки должен быть равен периоду повторения кадров, длительность интервала выборки должна быть менее длительности изображения.

Возможность использования стробоскопического метода основана на том, что шум принимается эргодическим стационарным случайным процессом, а статистические характеристики (среднее значение и дисперсия) такого случайного процесса, полученные в результате усреднения его во времени на отрезке реализации, совпадают с полученными в результате усреднения по совокупности его выборочных мгновенных значений.

Таким образом дальнейшее измерение эффективной величины шума производится в соответствии с алгоритмом (3.3): U эш = (3.3) где U k - амплитуда k выборки k = 1 n , а n - число выборок мгновенных некоррелированных значений за цикл измерения.

При использовании алгоритма (3.3) нет необходимости производить как промежуточную операцию определение среднего значения или центрирование шума. Алгоритм измерения ОСШ (3.2) принимает с учетом алгоритма (3.3) вид : = (3.4) где R=2В - константа.

Затем полученные результаты преобразуется в цифровой код и алгоритм (3.4) принимает вид: = , (3.5).