Vorlesung: Grundlagen der Videotechnik · Vorlesung: Grundlagen der Videotechnik WS2015/16 Vorlesung: Grundlagen der Videotechnik Übertragung, Modulation 12/19/16 Seite 1

Vorlesung: Grundlagen der Videotechnik WS2015/16

Vorlesung:Grundlagen der Videotechnik

Übertragung, Modulation

12/19/16 www.tu-ilmenau.deSeite 1


Übertragung, ModulationWie wird das Bild oder Video vom Sender zum Empfänger

übertragen?

Sender: Videoinformation nötig zum Transport der Info über Trägerfrequenz

Sender sendet auf bestimmter Trägerfrequenz Frequenz, z.B. UHF, Kanal 21 ca. 480 MHz (1 Hertz (Hz) = 1 Schwingung

Pro Sekunde, MHz= 1 Mio. Hz)


SenderModulation


Übertragung, ModulationSender:

Videoinformation nötig zum Transport der Info über Trägerfrequenz

Warum Modulation?

bei 5 MHz Videofrequenz (PAL)

Wellenlänge: 60m

Antennengröße: 15-60m


SenderModulation

fc


Grundlagen der Videotechnik

Wie wird das Bild oder Video vom Sender zum Empfänger übertragen?

Empfänger:

extrahiert Videoinformation

Filtert bestimmte Trägerfrequenz heraus, um Programm zu selektieren


Digitale Filter, Übertragung, Modulation

Filter Demodulation



Filter des Empfängers:

Empfangsfilter für hohe Frequenzen, wie im Fernsehen, sind analog. Analoge Filter, die gute Sperrdämpfung haben (Nachbarsender unterdrücken können), und gleichzeitig verstellbar sind, sind technisch schwer zu realisieren.

Problem beim Umschalten der Programme.

Technischer Trick, der dieses Problem auf fest eingestellte Filter zurückführt.





Mischer Prinzip / Überlagerungsprinzip

Empfänger:

Inform.



Filter Demodulation*

Frequenz, Sinus Schwingung

Festes Filter

Einfaches Filter am Eingang Standardisiert:TV: 38 MHzUKW: 10,7MHzKW, MW, LW 455kHz

Local Oszilator, einstellbar in festen Frequenzabständen;Selektion des Senders

Mischer, Multiplikator





Für das Überlagerungsempfänger-Prinzip siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberlagerungsempf%C3%A4ngerBeispiel für einen Oszillator, der eine Sinusschwingung einstellbarer Frequenz erzeugt (“Clapp Oszillator”):

Aus: http://de.wikipedia.org/wiki/Clapp-Schaltung

http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberlagerungsempf%C3%A4nger



Was passiert beim Mischen?

Traegersignal mit Winkelfrequenz

Local Oszilator Signal: mit Winkelfreq.

beim Mischen werden diese Frequenzen multipliziert:

Zur Umformung verwenden wir die Eulersche Formel (zum genaueren Nachlesen: http://de.wikipedia.org/wiki/Eulersche_Formel), wonach der Sinus der Imaginaerteil der Exponentialfunktion ist:



ωT=2πf T ,sin (ωT t ) ,ω LO=2πf LO ,sin (ωLO t ) ,

sin (ωT t )sin (ωLO t )=?

sin(ω t)=ℑ(e jω t)= 12 j

(e jω t−e− jω t )

http://de.wikipedia.org/wiki/Eulersche_Formel


Also:

Wir sehen: Es entsteht eine cos Komponente mit der Summe der beiden Frequenzen, und eine mit der Differenz!



sin(ωT )sin (ωLO t )=

= 12 j

(e jωT t−e− jωT t )⋅ 12 j

(e jω LO t−e− jωLO t )=

=−14

(e j (ωT+ωLO) t+e− j(ωT+ωLO) t )+−14

(−e j(ωT−ωLO)t−e− j(ωT−ωLO)t )=

=−12

cos ((ωT+ωLO)t)+ 12cos((ωT−ωLO)t)





ipython --pylab Beispiel:%Traeger-Signal:shf=sin(pi*10*arange(1,2,0.01)) plot(shf)

%Loc. Osc. Signal:slo=sin(pi*13*arange(1,2,0.01)); plot(slo)

%Mischen:szf=shf*slo;plot(szf)

Summe aus Diff.- undSummen-Frequenzen



Durch das Mischen entstehen neue Frequenzen:DifferenzfrequenzSummenfrequenz

Anwendung: Filter wird auf feste Differenzfrequenz abgestimmt. Durch Variation der Oszilator Frequenz

können so die verschiedenen Senderfrequenzen herausgefiltert werden.

Ein festes Filter ist ausreichend zur Separierung aller Sender (unabhängig von Analog-/Digitalübertragung)



ω LO

ωT

ωT−ωLO

ωT+ωLO

ωT−ωLO





Aus:http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberlagerungsempf%C3%A4nger

(29.12.14)

Veranschaulichung der Filterung der Differenzfrequenz,auch “Zwischenfrequenz” (ZF) genannt.




Beispiel:

Frequenz vom Satelliten ist mit ca. 10 GHz, zu hoch für gängige Antennenkabel (zu viel Dämpfung). Deswegen schon in der Schüssel (LNB) Umsetzung auf tiefere Frequenz fürs Kabel nach diesem Prinzip. Im SAT Receiver weitere Umsetzung (durch LO), um Programme auszuwählen.

(LNB: Low Noise Block Converter) (Umsetzung auf

ca. 1-2 GHz)





Beachte: Satelliten haben mit den 10 GHz Sendefrequenz eine sehr viel höhere Frequenz als UHF für die terrestrische Verbreitung, daher können leichter sehr viel mehr Kanäle übertragen werden. Die relative Bandbreite eines Kanals zur Trägerfrequenz nimmt ab. Daher können leicht einige Duzend oder mehr Programme übertragen werden.

Für die terrestrische Verbreitung unpraktisch, weil Sichtverbindung zum Sender benötigt wird. Hohe Frequenzen ähneln in Ihren Ausbreitungseigenschaften dem Licht!





Beachte: Nach diesem Empfangsprinzip gibt es 2 Frequenzen, die wir empfangen können. Einmal die Filterfrequenz ( Zwischenfrequenz genannt) unterhalb der Frequenz des Lokaloszillators (das Übliche), und auch die Frequenz, die um die Zwischenfrequenz oberhalb der Frequenz des Lokaloszillators liegt. Letztere ist meist unerwünscht, und muß durch ein Eingangsfilter gedämpft werden.

Die Größe dieser Dämpfung wird „Spiegelfrequenzunter-drückung" genannt. Wichtige Information in Datenblättern in Empfängern. Je größer diese Dämpfung ist, desto besser.




Grundlagen der VideotechnikPython Beispiel: Mischung eines Sprachsignals.

Wir mischen (multiplizieren bzw. modulieren) das Signal vom Mikrofon mit einem Sinus-Ton mit der Frequenz von 500 Hz. Durch diese Mischung ergeben sich die Summen- und Differenz-Frequenzen, also:

– 500 Hz +/- Sprachfrequenzen

Das Sprachspektrum wird also im Wesentlichen in der Frequenz hoch geschoben, um 500 Hz, und damit klingt es etwas Mickey-Mouse-artig. Wir verwenden die Library “pyaudio”.

Ausfuehren mit:

python pyrecplay_modulationblock.py

Dies zeigt: Wir koennen so ein Signal auf eine andere Frequenz setzen.



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