Предлагаемые материалы:

Звуки

Начнем с информации, воспринимаемой слухом. Следует отметить, что для звуковых колебаний совпадение формы сигнала на передаче и приеме не является обязательным. Здесь важным является сохранение соотношений между амплитудами частотных компонентов, из которых состоит звук. Акустика выработала целый ряд критериев качества звука, из которых мы используем только три, являющихся решающими при создании технических средств электросвязи. К ним относятся диапазон частотных компонентов, из которых состоит звук; динамический диапазон; допустимый уровень мешающих шумов.

Известно, что хороший музыкант способен воспринимать зв^ки в диапазоне частот от 16 до 20 ООО Гц; однако человек со средним слухом воспринимает существенно более узкий диапазон. На основании длительных статистических испытаний установлено, что для обычного разговора по телефону отличное качество связи (разборчивость и сохранение всех оттенков голоса) наблюдается при диапазоне частотных компонент от 300 до 3400 Гц. Качество музыкального звучания будет достаточно хорошим при диапазоне от 50 до 10 000 Гц, отличным — при диапазоне от 30 до 15 000 Гц.

Динамический диапазон — логарифм отношения максимального значения средней мощности звука к средней мощности наиболее слабых звуков. Соотношение между звуками различной интенсивности измеряется в логарифмических единицах, цотому что человеческое ухо сравни-* вает не абсолютное, а относительное изменение мощности звука*. Сравнивая между собой интенсивности воздействия двух звуковых колебаний, имеющих соответственно мощности Р и Р, пользуются выражением: изменение интен-

Р Р

сивности lg-^-(B) или 10 lg — (дБ). При этом, например,

увеличение мощности звука в два раза увеличивает интенсивность на 3 дБ, т. е. примерно на 30% **.

Нормальный динамический диапазон телефонной речи составляет величину порядка 43 дБ, для оркестра — 56 дБ. При телефонной связи уровень шума, возникающего от помех (шорохи, треск и другие посторонние звуки), которые неизбежно появляются на приемном конце в результате прохождения сигнала через линию связи, должен быть не менее, чем на 34 дБ, ниже средней мощности полезного сигнала (звука в телефонной:трубке). Допускаемая величина помехи при музыкальной передаче должна быть снижена еще больше: до 44—47 дБ.

Следует иметь в виду, что указанные значения (как и многие другие, которые будут приведены ниже) определяются на основе массовых обследований субъективных оценок и поэтому, будучи связанными с качеством восприятия, могут отклоняться от средних значений. Кроме того, наше ухо не все частотные компоненты шума воспринимает одинаково — в расчетах принимается во внимание и этот фактор.

В наиболее распространенном преобразователе звука в электрический ток — микрофоне — амплитуда электрического сигнала изменяется аналогично изменению давления звука на его мембрану. Отсюда появился термин «аналоговое преобразование» и как следствие аналоговые методы передачи электрических сигналов. Для характеристики электрического сигнала, осуществляющего передачу звука аналоговыми методами, используются те же три параметра, что и для звука: диапазон частотных компонент (чаще называемый полосой частот), динамический

диапазон и уровень помех. Последний определяется через логарифм отношения средней мощности сигнала, несущего информацию (полезного), к средней мощности помехи.

Следует отметить, что в технике связи аналоговый вид преобразовайия звук—электричество не единственно возможный. В последние десятилетия появились преобразо-ватели^ превращающие звуковую информацию, или, вернее! токовый аналог этой информации^ в последовательность закодированных импульсов тока, несущих всю необходимую информацию о форме исходного сигнала, В процессе декодирования на приемном конце информация полностью восстанавливается в своем первоначальном виде. Такие методы преобразования и передачи информации называются дискретными^ или цифровыми. Более подробно об этих методах мы поговорим ниже* а пока вернемся ко второй форме информации — воспринимаемой зрительно,

Изображения

Задача передачи изображений на далекое расстояние возникла давно. Известно что попытки создания фототелеграфа делались уже в начале XIX в., т. е. задолго до изобретения телефона. Однако эти попытки были безуспешными до тех пор пока изобретатели не догадались, что для передачи любого изображения его нужно разложить на элементы и передавать их последовательно, один за другим, а на^приемном конце из них восстановить исходное изображение. Это изобретение принципиально не ново — в природе процесс восприятия изображений органами зрения осуществляется похожим образом. Глаз рассматривает любой видимый объект, также разлагая его на элементы^ сосредоточиваясь на деталях, переходя от одной детали к другой (правда^ из всех сложнейших процессов физиологии зрения для создания передающих устройств был использован лишь факт поэлементного разложения изображения).

Таким образом, чтобы передать с помощью электрического тока некоторое неподвижное изображение (например! фотографию), необходимо каждый элемент этого изображения один за другим превратить в последовательность электрических сигналов ** Для этого все элементы

Последовательно друг за другом освещаются ярким лучом света, а отращенное изображение элемента фокусируется на фотоэлемент или другой оптико-электронный преобразователе на выходе которого появляются электрические импульсы и их интенсивность пропорциональна интенсивности светового импульса воспринимаемого фотоэлементом. При этом амплитуда электрических сигналов передаваемых в линию, будет тем болыпе чем светлее точка на изображении. На другом конце линии ток воздействует на лампу меняющую свою яркость пропорционально его амплитуде. Свет от лампы фокусируется в точку на светочувствительной пленке, и эта точка с помощью механических или электронных устройств движется по пленке с такой же скоростью (синхронно) и в том же относительном положении (синфазно), как и соответствующая точка на передающем конце двигающаяся по изображению, которое нужно передать. В результате на приеме возникает негатив изображения, находящегося на передающем конце с которого можно сделать позитивный отпечаток. Чтобы сразу получить позитив изображения, можно в лампу направить не ток приходящий из линии, а разность между ним и некоторым постоянным током имеющимся на приемном конце.

Проходящий через линию электрический ток можнокак и при передаче звуковых сигналов, охарактеризовать тремя указанными выше параметрами: частотным диапазоном, динамическим диапазоном и уровнем допустимых помех которые на воспроизводимом изображении проявятся в виде «лишних» точек или пробелов. Если задаться временем, за которое мы хотим передать фототелеграмму, и так называемой разрешающей способностью^ то легко высчитать необходимую для передачи полосу частот. Пусть самая маленькая точка на фототелеграмме будет равна 025 мм, т. е. разрешающая способность составляет 4 линии на 1 мм. Тогда на стандартном листе бумаги размером 210x300 мм можно (учитывая, что на каждом квадратном миллиметре 4x4=16 точек) разместить 210х300х16=106 точек.

Передавая фототелеграмму за 3 мин (180 с) и учитывая, что наибольшая частота сигнала возникает при последовательном чередовании самых маленьких (элементарных) белых и темных точек получим предельную частоту 106 : 180: 2=2,78 XlO3 Гц. Двойка в делителе поставлена потому, что период предельной частоты равен времени прохождения лучом двух соседних точек — светлой (положительная амплитуда синусоиды тока) и темной (отрицательная амплитуда).

Самая низкая частота возникает в случае, если на фототелеграмме изображен простейший рисунок — одна половина листа белая, а другая — черная. В результате период наименьшей частоты равен времен^ необходимому для прохождения лучом одной строки целиком. Та же частота получится в случае, когда изображение отсутствует вовсе, а ток все равно прерывается на время, необходимое, чтобы лучу света на приеме после прохождения всей строки вернуться к началу новой строки. Эта наинизшая частота равна числу строк деленному на время передачи листа (180 с), т. е. 67 Гц. Если бы потребовалось передать фототелеграмму не за 3 мин а за 2то предельные (верхняя и нижняя) частоты увеличились в 3/2 раза.

Мы так подробно остановились на передаче фототелеграмм, потому что приведенные элементарные расчеты позволяют оценить диапазоны частот^ необходимые для передачи других видов изображений. Так, для передачи газетной страницы (полосы) фототелеграфным методом следует учесть, что ее площадь в 4 раза больше площади фототелеграммы, а разрешающая способность передачи должна быть существенно большей^ чтобы можно было передать тонкие детали растровых рисунков. Газетная фототелеграмма должна содержать 175 точек в квадратном миллиметре при количестве квадратных миллиметров, в 4 раза большем, чем в обычной фототелеграмме. Отсюда предельная частота при принятом времени передачи 132с составит около 170 кГц.

Принцип передачи телевизионных изображений отличается от описанного выше тем, что кадры изображения с помощью оптических устройств проецируются на заднюю стенку передающей камеры, превращаясь там в рельеф электрического потенциала, сканируемый электронным лучом. Таким образом изображение преобразуется в электрический ток, мгновенные значения которого пропорциональны интенсивности каждого передаваемого элемента.

Изменяя интенсивность электронного луча в Кинескопе телевизионного приемника пропорционально мгновенному значению этого тока, можно воспроизвести изображение на экране кинескопа. При этом, конечно, электронный луч внутри кинескопа должен перемещаться точно согласно с перемещением аналогичного л^ча в передающей камере (т. е. синхронно и синфазно с ним). В любой момент времени координаты точек, «освещаемые» этими лучами, должны быть идентичными.

В отличие от фототелеграфа в телевидении передаются подвижные изображения. Поэтому (как в кинематографе) надо поочередно передавать изменяющиеся кадры изображения не реже 24 раз в секунду. В телевидении смена кадров осуществляется 50 раз в секунду, потому что такую частоту имеет энергосеть, от которой питаются телевизионные устройства.

Если считать, что каждый кадр телевизионного изображения — это своеобразная фототелеграмма, легко вычислить спектр телевизионного изображения аналогично "тому, как это было сделано для фототелеграфа. Стандартом, принятым в нашей стране (и во многих других странах)^ установлено, что телевизионное изображение имеет 625 горизонтальных строк и размер кадра по высоте относится к размеру по ширине как 3 : 4. Если каждую элементарную точку считать квадратной, то общее их количество в кадре составит 625х625х4/3=52х104. Учитывая^ что число кадров в секунду равно 50 и что наивысшая частота определяется чередованием светлых и темных элементарных точек, предельная частота окажется равной 52X Х104Х 50/2=13,0 Х106 Гц.

Чтобы уменьшить эту весьма большую частоту, в каждом кадре передается только половина строк (один кадр — нечетные, другой — четные строки). Из-за инерции нашего зрения для глаз это оказывается незаметным, зато предельная частота уменьшается вдвое. Это, по существу, оказалось эквивалентным тому, что смена кадров осуществляется 25 раз в секунду. Самая низкая частота, необходимая для передачи телевизионного изображения, это частота смены кадров 50 Гц. Таким образом, требуется диапазон частот от 50 Гц до примерно 6,5 МГц.

Рассмотрим теперь другие параметры, характеризующие качество передачи изображения. Дин^цпггштп штп пазон как в фототелеграфном^ U1U j^^a®SfeA>HfoM

изображейии почти одинаков На экране телевизора различимы 8—10 четко разделенных градаций яркости (на испытательной таблице, передаваемой для настройки изображений, есть шкала полутонов). Установлено, что человеческий глаз различает изменения яркости, если интенсивность света двух соседних ступенек различается примерно в два раза (что в логарифмическом отсчете соответствует 3 дБ). Отсюда при 8—10 различных градациях динамический диапазон телевизионного изображения составит 24—30 дБ. Если к тому же уровень помех удет меньше уровня сигнала по крайней мере на 40 дБо можно ожидать, что качество принимаемого изображения будет хорошим.

Изложенное выше относится к черно-белому телевидению. Так как цветное телевидение должно передать три основных цветных компонента, то казалось бы, надо каждое изображение повторить три раза в разных цветахи диапазон частот должен утроиться. Однако в результате целого ряда технических ухищрений цветное телевидение удалось «уложить» в тот же диапазон частот, что и черно-белое. Дело в том, что спектр частот телевизионного сигнала не является сплошным. В нем имеются «пустоты»з которые «вкладываются» частотные компоненты специальных сигналов характеризующих цвет.

Описанные параметры телевизионного сигнала характеризуют только его принципиальные свойства. Чтобы воспринять телевизионное изображение, сигнал этого изображения должен сопровождаться рядом дополнительных сигналов. Среди них импульсы^ запирающие электронный луч в кинескопе при переходе с конца одной строки к началу следующей при переходе луча с конца одного кадра к началу следующего кадра (строчные и кадровые запирающие импульсы), импульсы, управляющие синхронным движением луча (импульсы синхронизации),: и др.

В последние годы много пишется о создании видеотелефона — ycTpofiCTBa позволяющего видеть собеседника при разговоре по телефону. Самое простое — это поставить рядом с телефоном телевизор и передающую камеру. Однако такая «простота» обошлась бы слишком дорого. Поэтому для подобных целей разрабатываются упрощенные телевизоры с меньшим числом строк (ведь передаются только крупные планы); эквивалентная полоса при этом сужается до 1,2 МГц. Но и это оказывается достаточно дорогим. Поэтому все чаще начинает использоваться совместная (точнее, поочередная) передача речи и фототелеграфного изображения через телефонный канал связи. При этом серия неподвижных изображений, меняющихся через каждые несколько минут (а в будущем несколько секунд) может выводиться на экране специ^ ального дисплея или даже бытового телевизора. Появля^ ется «медленный» видеотелефон, не требующий специальной сети каналов и использующий обычную телефонную сеть связи.


..Следующая страница->