Содержание
1.Общие сведения
2.Последовательные ЦАП
ЦАП с широтно-импульсной модуляцией
Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах
3. Параллельные ЦАП
ЦАП с cуммированием весовых токов
ЦАП на источниках тока
Формирование выходного сигнала в виде напряжения
Параллельный ЦАП на переключаемых конденсаторах
ЦАП с суммированием напряжений
4.Интерфейсы цифро-аналоговых преобразователей
ЦАП с последовательным интерфейсом входных данных
ЦАП с параллельным интерфейсом входных данных
5. Применение ЦАП
Обработка чисел, имеющих знак
Перемножители и делители функций
Аттенюаторы и интеграторы на ЦАП
Системы прямого цифрового синтеза сигналов
6. Параметры ЦАП
Выдержка из текста работы
В настоящем дипломном проекте освещены некоторые основные принципы цифрового телевидения, строение и использование, а так же применение цифровой техники в передвижных телевизионных станциях. Рассматривается цифровой стандарт SDI, его преобразование в аналоговый сигнал системы PAL.
Разрабатывается устройство, выполняющее функцию усилителя-распределителя цифрового сигнала и цифро-аналогового преобразователя.
Содержание
Введение
1. Обзор существующих ПТС
2. Обоснование основных технических характеристик
2.1 Требования к декодеру
2.2 Цифровой интерфейс
2.3 Сигнал SDI. Основные параметры цифрового потока формата 4:2:2
2.4 Сигнал PAL. Основные параметры
3. Разработка структурной схемы
4. Разработка принципиальной электрической схемы.
4.1 Демультиплексор
4.2 Цифро-аналоговый преобразователь
4.3 Фильтр нижних частот
4.4 Усилитель аналогового сигнала
4.5 Выходной каскад
4.6 Кодер системы PAL
4.7 Принципиальная электрическая схема
4.8 Спецификация
5. Разработка топологии печатной платы
6. Технико-экономическое обоснование проекта
6.1 Организационные факторы экономической эффективности применения ЦАП на ПТС в городе Москве
6.2 Расчет капитальных и эксплуатационных затрат связанных с внедрением и разработкой ЦАП
6.3 Показатели надежности блоков операционного усилителя и эмиттерного повторителя
7. Вопросы экологии и безопасности жизнедеятельности
8. Заключение
9. Список литературы
Введение
Вещательное телевидение, по определению, означает доставку движущихся изображений и звукового сопровождения большим массам зрителей. Оно выполняет три основные задачи: информировать, просвещать и развлекать. Эти социальные функции ТВ вещания реализуются через технологию создания и доставки ТВ программ. Технологические процессы состоят из отдельных операций, таких как кино- или видеосъемка, монтаж, озвучивание, и т.д. Основной частью телевизионного вещания является тракт формирования программ. Организационной формой тракта формирования программ служат телевизионные центры. В каждом телецентре имеются две крупные структуры — творческая (художественная) и техническая, тесно связанные между собой. В первую входят редакции и другие творческие объединения, специализированные по видам вещания, дикторская группа, группа звукорежиссеров, отдел выпуска, отдел координации и некоторые другие, во вторую, всевозможные технические службы. Творческие и технические подразделения предназначены для подготовки и исполнения частей, входящих в программы вещания, формирования, записи и передачи в последующие части тракта телевизионных сигналов, отображающих вещательные программы.
Телевизионный центр — мощная инфраструктура, которая обеспечивает внутренние связи между аппаратными и передачу сигналов на наземные сети и спутниковые каналы связи. Коммуникационные возможности телецентра делают его уникальным центром приема и передачи и распределения различных электронных видов информации.
Но возможности такого центра были бы неполными, если бы не существовали всевозможные передвижные средства формирования, передачи, приема и обеспечения программ. На телецентре, в Технической дирекции Комплекса телетехники существует множество таких отделов. Отделы, связанные с передвижной техникой находятся либо в самом ТВ центре, либо в отдельном гараже. Обычно это отделы: передвижных ТВ станций (ОПТС), передвижных радиорелейных станций (ОПРС), видеожурналистского комплекса (ОТЖК), мобильной группы (ОМГ), отделы обеспечения.
В ОПТС входит одна или несколько передвижек, обслуживаемых обычно сменным персоналом, состоящим из начальника смены, ведущего инженера, инженеров (их количество зависит от типа, размера ПТС), механиков и водителей — механиков.
В данном дипломном проекте будет подробно описана передвижная ТВ станция и рассчитан один из основных блоков ее видеотракта.
Передвижная телевизионная станция (ПТС) — смонтированный в автобусе комплекс аппаратуры для проведения внестудийных телевизионных передач. Высокая мобильность ПТС и возможность с её помощью вести передачу (или запись передачи) вне телевизионной студии определили широкий диапазон использования ПТС для прямой трансляции с мест крупных политических событий, спортивных мероприятий и соревнований, театральных и концертных представлений, для репортажных передач с различных массовых мероприятий, с выставок и из музеев и т.п.
ПТС делят на типовые и репортажные. В состав типовой ПТС обычно входят: телевизионная аппаратура, смонтированная в автобусе; выносные ТПК; усилительная аппаратура звукового сопровождения передачи, в том числе выносные микрофоны; аппаратура технологической связи (технической и режиссёрской) с телецентром и между несколькими ПТС; радиорелейное оборудование для передачи сигналов телевизионного изображения и звукового сопровождения от ПТС в радиоприёмную аппаратную телецентра; аппаратура электропитания от сети переменного тока или от автономного генератора. ПТС обычно имеют до 20 ТПК и 10—40 микрофонных входов. ТПК соединены с аппаратурой в автобусе камерным кабелем. Максимальное удаление от автобуса передающих камер — 2 км, микрофонов — 500 м. Выносную часть радиорелейного оборудования — радиопередатчик (работающий на волнах 4—15 см) и параболическую антенну (с шириной диаграммы направленности ~ 3—4°) устанавливают на крыше одного из зданий, ближайших к месту расположения автобуса ПТС, и соединяют (радиочастотным кабелем) с аппаратурой управления, находящейся в автобусе.
Обычное условие проведения внестудийных телевизионных передач — прямая оптическая видимость приёмных антенн радиоприёмной аппаратуры телецентра с места установки антенны ПТС. Поэтому приёмные антенны стремятся устанавливать как можно выше, например, в телецентре в Москве они расположены на Останкинской башне, на высоте 253 м. В зависимости от характера трассы и условий распространения радиоволн максимальное удаление ПТС от телецентра может составлять 30—50 км. Передача телевизионных сигналов от ПТС на телецентр может осуществляться также и по специально проложенным в земле радиочастотным кабелям, оптико-волоконным линиям. Также используют и спутниковую связь. Для технологической связи ПТС с телецентром выделяют несколько телефонных линий. Электрическая мощность, потребляемая ПТС, составляет 5 — 20 кВт, в зависимости от составляющего оборудования. Сигналы телевизионного изображения и звукового сопровождения могут записываться передвижной видеомагнитофонной станцией, расположенной в отдельном автобусе, но в настоящее время такие станции почти не используют, так как аппаратная записи стала размещаться в самой передвижной станции. Количество ПТС, используемых при одной передаче обычно одна или две (спаренный режим); при сложных передачах используют 3—4 и более ПТС.
Во время передачи (или записи) каждая ТПК обслуживается оператором, который выбирает сцену или объект для показа телезрителям. Наблюдая на экранах видеоконтрольных устройств несколько изображений, получаемых с ТПК, режиссёр у пульта в автобусе отбирает одно нужное, и оно поступает на телецентр. Звукорежиссёр (пульт которого, как правило, находится также в автобусе), подключая соответствующие микрофоны, вынесенные на рабочую площадку, обеспечивает звуковое сопровождение передаваемой программы.
1. Обзор существующих ПТС
Классификация. Принято выделять три класса ПТС: высший — от 12 до 30 камер, средний — от 6 до 10 камер, малый — от 2 до 4 камер. К передвижным ТВ станциям также можно отнести так называемые раскладушки и ТЖК. Раскладушки — это набор оборудования, из которого можно собрать студию определенной конфигурации, причем сама аппаратура перевозится в грузовом автомобиле, в специальных кофрах. Её доставляют на место проведения съемок, и группа инженеров за определенное время монтирует телевизионную студию и расставляет ТВ камеры. ТЖК — телевизионный журналистский комплекс — как правило, расположен в помещении телецентра, состоит из набора ТВ камер, на которые установлены видеозаписывающие устройства систем BETACAM, DVC и т.д. Естественно на эти носители можно записывать и звук с микрофона установленного на саму камеру или рядом. В отделе ТЖК творческая бригада (оператор, корреспондент) получает заранее заказанную камеру или несколько камер и выезжает на место проведения репортажа. Обычно с творческой группой едет и инженер ТЖК для технического обслуживания оборудования.
Разделять ПТС по жесткому принципу было бы неправильно, поскольку ПТС всегда проектируются по заказу. Заказчик, как правило, будущий пользователь ПТС, заранее прорабатывает технические требования к ПТС, уже представляя, какие задачи она будет выполнять. Тем не менее, определенные базовые конфигурации ПТС конечно существуют, поскольку цели и задачи всех телекомпаний, в основном, одинаковы, а дополнительное оснащение зависит от принципа разумной достаточности и финансовых возможностей.
Малая ПТС (длина до 5 метров, вес 5-6 тонн). Изготавливается на базе компактного микроавтобуса (например, VW LT45 MB 811D), незаменимая вещь для оперативной многокамерной съемки в городских условиях. После записи исходного материала на монтажной паре видеомагнитофонов можно сделать предварительный монтаж программы на месте съемки. Это позволяет сократить время подготовки программы на Телецентре. Один рабочий отсек для видео и звука плюс небольшой задний отсек для кабельных катушек. Телевизионный видеотракт — аналоговый композитный (PAL/SECAM), реже аналоговый компонентный. В настоящее время видеотракт в основном делают цифровым, используя для этого форматы SDI, MPG и т.д.
Основной состав оборудования:
* видеомикшер — до 12 входов (без блока трехмерных эффектов); * 2 видеомагнитофона с панелями дистанционного управления (например, BETACAM).
* 3-4 видеокамеры на легких штативах;
* звуковой микшер — до 12 входов;
* кассетный магнитофон, записывающий звук или пишущий минидиск.
Обслуживают ПТС три человека, включая водителя. Оснащается системой кондиционирования воздуха и системой отопления.
Дополнительно ПТС может быть укомплектована малогабаритным дизельным генератором и телескопической антенной.
Средняя ПТС (длина 8-12 метров, вес до 20 тонн). Пожалуй, самый распространенный тип ПТС. При конструировании используется шасси грузового автомобиля со специально изготовленными трансмиссией и кузовом (кузов делают специальные фирмы). Универсальная ПТС для различных многокамерных съемок, монтажа готовой программы и прямых трансляций в городских условиях. Состоит из нескольких рабочих отсеков (от 3 до 4):
* видеорежиссерского;
* звукорежиссерского;
* технического;
* видеомонтажного.
При компоновке отсеков ПТС принимаются во внимание требования заказчика. Поэтому варианты расположения отсеков могут быть самыми различными, но существует правило — отсек звукорежиссера по понятным причинам акустически изолирован. Большой задний отсек необходим для множества кабельных катушек. Приводы катушек, как правило, моторизованы. Телевизионный видеотракт — цифровой, реже аналоговый компонентный.
Основной состав оборудования:
* видеомикшер — до 24 входов;
* блок трехмерных видеоэффектов;
* монтажный контроллер;
* коммутационная матрица 24Х24 с пультами дистанционного управления;
* 6-8 видеокамер на легких штативах, с триаксиальными камерными каналами и пультами дистанционного управления;
* 4 видеомагнитофона с панелями дистанционного управления;
* контроллер замедленного воспроизведения;
* универсальный знакогенератор с элементами компьютерной графики;
* накопитель неподвижных изображений;
* звуковой микшер — до 24 входов;
* кассетный магнитофон или пишущий минидиск ;
* проигрыватель компакт-дисков;
* цифровой DAT магнитофон;
* устройства обработки звука;
* система служебной связи (Intercom/Talkback).
Оснащается системой кондиционирования воздуха с раздельной установкой режимов для каждой рабочей зоны и системой отопления. ПТС укомплектована дизельным генератором, телескопической антенной и микроволновой радиолинией для доставки сигналов на Телецентр. Наиболее оптимальный тип ПТС по соотношению цена/возможности. Широкий диапазон применения — спортивные соревнования, концерты, театральные спектакли и многое другое.
Большая ПТС (длина до 14 метров, вес более 20 тонн). При конструировании используется шасси грузового трейлера со специально изготовленными трансмиссией и кузовом, который может быть трансформируемым. Это означает, что одна или обе боковые стенки кузова могут быть выдвинуты на 1-1,5 метра, увеличивая рабочее пространство как минимум в два раза. Большая ПТС используется для различных многокамерных съемок, монтажа готовых программ и прямых трансляций грандиозных мероприятий, крупных спортивных соревнований, гала-концертов и пр. Если необходимо увеличить количество видеокамер на месте съемки, то такая ПТС может работать в комплексе с малыми и средними ПТС, выполняя функции Главного Центра. Имеет возможность формирования нескольких независимых ТВ программ. Состоит из нескольких рабочих отсеков (от 4 до 5):
* один или два видеорежиссерских;
* звукорежиссерского;
* технического;
* видеомонтажного.
В состав оборудования входят:
* один или два видеомикшера — до 32 входов;
* один или два блока трехмерных видеоэффектов;
* монтажный контроллер;
* коммутационная матрица 48Х48 с пультами дистанционного управления;
* 8-10 видеокамер различной конфигурации (студийного и репортажного типа) с расширенным набором объективов, триаксиальными камерными каналами и пультами дистанционного управления;
* 6-8 видеомагнитофонов;
* 2-3 контроллера замедленного воспроизведения;
* двухканальный знакогенератор с элементами компьютерной графики и анимации;
* накопитель неподвижных изображений большой емкости;
* звуковой микшер — до 48 входов;
* кассетные магнитофоны;
* проигрыватель компакт-дисков;
* цифровые DAT магнитофоны;
* устройства обработки звука;
* цифровой многоканальный магнитофон;
* расширенная система служебной связи.
Оснащается системой кондиционирования воздуха с четырьмя отдельными блоками и системой раздельной установки режимов для каждой рабочей зоны. Предусматривается мощная система отопления каждого отсека.
ПТС укомплектована приемником спутникового телевидения, телескопической антенной и микроволновой радиолинией для доставки сигналов на Телецентр. Основное применение — мероприятия с большим числом объектов съемки, такие как: спортивные соревнования с больших стадионов, гала-концерты, телемосты, праздничные торжества и прочие мероприятия.
2. Обоснование основных технических характеристик
2.1 Параметры устройства
В данном проекте, посвященном передвижным телевизионным станциям, рассматривается важнейший элемент видеотракта декодер. Разрабатываемый декодер несет функцию усилителя-распределителя цифрового сигнала и цифро-аналогового преобразователя. На вход устройства поступает цифровой сигнал SDI, на выходе устройства будут три сигнала SDI и два компонентных сигнала, которые потом поступят в кодирующее устройство для преобразования в сигнал PAL. Рассмотрим подробнее параметры этих сигналов.
2.2 Цифровой интерфейс
Практическое внедрение цифровой телевизионной техники требует определения эффективных способов распределения цифровых сигналов в пределах ПТС. Точкой соединения двух приборов, в которой данные передаются от одного прибора к другому, называется цифровым интерфейсом или стыком. Чтобы обеспечить быстрое и надежное соединение без подстройки параметров, оба прибора должны соответствовать единым требованиям к точке стыка. Поэтому понятие «видеостык» предусматривает спецификацию соединения между устройствами цифровой аппаратуры, включая при этом как тип ( коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно), число и функции таких соединений, так и основные характеристики передаваемых по ним сигналов. Соединение может быть однонаправленным, или симплексным, когда данные передаются только в одном направлении, и двунаправленным, или дуплексным , когда передача данных происходит в обоих направлениях. Возможна еще полудуплексная работа, когда данные передаются в обоих направлениях, но не одновременно, а с разделением по времени. Понятно, что сигналы реального времени (телевидение, звуковое вещание) могут передаваться только в симплексном режиме.
Параллельный стык (интерфейс) предполагает одновременную передачу двоичных символов (битов) кодового слова по отдельным цепям, число которых соответствует числу разрядов этого слова. Последовательный интерфейс предусматривает поочередную передачу по одной цепи символов каждого слова. Параллельно-последовательный (гибридный) стык представляет собой комбинацию обоих стыков.
Параллельный видеостык предусматривает использование восьми проводящих пар для передачи в каждой паре объединенных в один поток 27 Мбит/с кодированных сигналов Y, Cr, Cb и сигналов синхронизации. В полевых интервалах гашения может передаваться дополнительная цифровая информация. девятая пара предназначена для подачи сигналов тактовой частоты 27 МГц (13,5+6,75+6,75), используемого при регенерации импульсов каждого из восьми раздельных потоков 27 Мбит/с. В случае применения обычных симметричных витых пар сигналы могут передаваться на расстояния до 50 м. При передаче на средние расстояния возможна рассинхронизация данных, приводящая к появлению на экране «искр» и других помех. Кроме того, параллельный интерфейс требует дорогого и нестандартного многожильного кабеля, а разъемы и гнезда D25 очень громоздки. На сегодняшний день стандарты на параллельные цифровые видеоинтерфейсы практически полностью вытеснены стандартами на последовательные интерфейсы, рассчитанные на передачу данных на относительно большие расстояния по такому же коаксиальному кабелю, который используется и для аналоговых видеосигналов. Последнее обстоятельство максимально упрощает принятие и внедрение последовательных интерфейсов на существующих телевизионных центрах, переходящих с аналоговых на цифровые видеостандарты. Согласно этому, для передачи сигналов внутри аппаратной и между аппаратными используется последовательная передача, а для соединений внутри аппаратуры параллельная передача данных.
2.3 Сигнал SDI. Основные параметры цифрового потока формата 4:2:2
цифровой поток усилитель плата
Из последовательных интерфейсов SDI (Serial Digital Interface — последовательный цифровой интерфейс), описанный в Рекомендации ВТ.656 и стандарте SMPTE-259M [1.23], является самым распространенным промышленным стандартом, используемым для оцифровки компонентных ТВ-сигналов на ПТС.
При последовательной передаче тактовая частота отдельно не передается, а выделяется на приеме из полезных данных. Для повышения надежности выделения тактовой частоты в SDI используется инвертированный код БВН (без возвращения к нулю) и сверточное скремблирование. В качестве исходного используется цифровой компонентный сигнал «4:2:2».
Цифровые сигналы с данными передаются в двоичном виде в форме 8-битовых или 10-битовых слов. Эти сигналы объединяют как сигналы изображения (видео), так и опорные синхронизирующие сигналы. Этот стандарт включает в себя также вспомогательные данные и идентификационные сигналы. Цифровые сигналы получаются в результате кодирования компонент аналогового видеосигнала. Эти компоненты — яркостной (Y) и цветоразностные сигналы (Cr и Cb) — образуются из сигналов основных цветов (R, G, B) и связаны следующими соотношениями:
Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B
Cr = 0,713 (R-Y)
Cb = 0,564 (B-Y)
Параметры кодирования определены в рекомендации МСЭ-Р ВТ.601 [1.18], основные детали представлены в таблице.
Таблица 2.3.1
|
Параметры |
Система на 625 строк, 50 полей |
|
Кодируемые сигналы:Y, Cb, Cr |
Данные сигналы получаются из сигналов RGB, подвергнутых предварительной коррекции |
|
Число отсчетов на полную длину строки:
|
864432 |
|
|
Структура дискретизации |
Ортогональная сетка из яркостных и цветоразностных отсчетов; цветоразностные отсчеты Cr и Cb в каждой строке совпадают с нечетными отсчетами (1-ым, 3-им, 5-ым и т.д.) сигнала яркостиY |
|
Частота дискретизации:
|
13,5 МГц6,75 МГц |
|
|
Допуски на частоту дискрктизации должны соответствовать допускам на частоту строк соответствующего стандарта цветного телевидения |
||
|
Форма кодирования |
Импульсно-кодовая модуляция с однородным квантованием, 8 бит на отсчет, для сигнала яркости и каждого из цветоразностных сигналов |
|
Число отсчетов на активную цифровую строку:
|
720360 |
|
|
Соотношение временной синхронизации по горизонтали между цифровым и аналоговым сигналом: от конца активной строки до 0Н |
12 яркостных тактовых интервалов (PAL) |
|
Соотношение между уровнями видеосигнала и уровнями квантования:
|
От 0 до 225
|
|
|
Использование кодовых слов |
Кодовые слова, соответствующие уровням квантования 0 и 255, используются исключительно для синхронизации. Уровни с 1 до 254 доступны для видео |
