Kiegészítések a segédlethez Híradástechnika I.
Horváth Árpád 2013. január 13.
1.
Hang és fény érzékelése
1.1.
Hang és érzékelése
Hallásküszöb, fájdalomküszöb .
Intenzitás . 1. De níció (Intenzitás).
Az intenzitás az adott felületen felületegységenként áthaladó teljesít-
mény.
•
Egysége lehet: W/m
2
1
•
Lehet hangintenzitás, fényintenzitás.
Hangnyomásszint, intenzitásszint . A fül 1 kHz környékén a legérzékenyebb. Itt hallásküszöbnél:
p0 = 20·10−6 Pa=?, I0 = 1pW/m2 .
P0 + p 0 P0 P0 − p0
2. De níció.
A hangnyomásszint és az intenzitásszint:
Lp = 20 · lg
p p0
LI = 10 · lg
dB,
I I0
dB.
A logaritmikus skálákról . •
Honnan van a 10-es és 20-as szorzó?
• I=
p2 , ρ0 c
ahol a földfelszíni leveg®ben
ρ0 c = 410
kg . m2 · s
tehát
I ∼ p2 2 I p p = 10 · lg = Lp LI = 10 · lg = 20 · lg I0 p0 p0 •
Villanytan:
P ∼ U2
Fletchner-Munson görbék .
2
Milyen er®snek érezzük a hangot? Viszonyítási alap az 1 kHz-es hang. Amelyik hangot ugyanolyan er®snek halljuk, mint a 40 dB-es intenzitásszint¶ 1 kHz-es hangot, annak a hangosságszintje 40 dB. Pedig ehhez például egy 100 Hz-es hangnak 40 dB-nél nagyobb hangnyomásszint¶nek kell lennie. A legtöbb esetben tehát egy hang hangnyomásszintje és a hangosságszintje tehát nem egyezik meg.
Hangelfedés (frekvanciatartományban) .
Ha egy hangot hallunk, akkor a közel azonos frekvenciájú halkabb hangot nem halljuk.
Úgy
is tekinthetjük, hogy a hang megemeli a hallásküszüböt a fent látható ábrának mefelel®en. Ennek
3
szerepe lesz a hang veszteséges tömörítésénél.
1.2.
Fény és szín érzékelése, látás
Géher 57. oldal A szemben a színlátásért a csapocskáknak nevezett érzékel®k felel®sek.
Csapok érzékenysége .
RGB-összetev®k (red-green-blue) vörös-zöld-kék
Színháromszög .
4
0.9
520
0.8
540
0.7 560 0.6 500 0.5
580
y
3000
0.4
600
6000 1500
E
0.3
620
∞
0.2 0.1
480
0.0 0.0
460 0.1
0.2
0.3
0.4 x
0.5
0.6
0.7
0.8
A szem nem ugyanolyan teljesítmény¶ fénysugarat képes érzékelni a különböz® hullámhosszakon. Sárgában (λm (λ
= 400
= 555
nm) a legérzékenyebb és az érzékenység a vörös (λ
= 700
nm) illetve kék
nm) felé csökken.
Az emberi szem három szín kombinációjából rakja össze a dolgok színét, emiatt az összes látásérzet ábrázolásához három dimenzió kellene. A CIE színdiagramja (színháromszög) két dimenzióban ábrázolja a színeket, úgy, hogy a fényesség dimenziót kihagyja.
A fels® patkó alakú görbén he-
lyezkednek el a spektrálszínek, amelyek csak egyetlen hullámhosszat tartalmaznak, azaz nem lehet ®ket prizmával további összetev®kre bontani, mellettük szerepel a hullámhosszuk nanométerben. A diagram középs® részén helyezkednek el a különböz® fehérárnyalatok. Az E bet¶vel jelölt rész, ahol a három (RGB) összetev® egyforma súllyal szerepel. A diagram belsejében szerepl® görbe a feketesugárzó testek által kibocsátott színeket mutatja. A feketesugárzó testek színe csak a test h®mérsékeltét®l függ. A mellettük található szám az adott h®mérsékletet jelöli kelvinben.
Közelít®leg ilyen sugárzást bocsájtanak ki az izzók, ezért könny¶
ilyeneket el®állítani. Ha két színt összekeverünk (például egy vörös és egy zöld LED-et egyszerre kapcsolunk fel), akkor az ered® szín a kett®t összeköt® egyenesen van a CIE-színdiagrammon.
A szem felbontóképessége .
5
Hold látszó átmér®je = fél fok = 30 ívperc A szem felbontóképessége néhány ívmásodperc, annál kisebb részletet a legjobb szem sem tud felbontani. (Szemléltetésképpen a Hold és Nap átmér®je fél fok, azaz 30 ívperc.)
2.
Analóg és digitális televíziózás
Irodalom. 1. TanenbaumWetherall: Számítógép-hálózatok, harmadik kiadás, Panem Könyvek, 2013 részletesen leírja a JPEG, MPEG szabványokat, az álló- és mozgóképtömörítés részleteit. A harmadik kiadásban a 730. (a 2.
oldalon kezd®d® Digitális mozgókép fejezetet érdemes elolvasni
kiadásban is benne van).
Az olvasmányosabb, és jobban érthet®, mint ez a rövid
összefoglaló. 2. Walter Fischer:
A digitális m¶sorszórás alapjai, Gyakorlati útmutató mérnökök számára,
ORTT-AKTI, Budapest 2005 Ebben találhatóak meg az MPEG-adatfolyam részletei. 3. Jákó Péter: A digitális rádiózás, ORTT-AKTI, Bp. 2010. 4. Hazay István (szerk):
A digitális televíziózás, Bevezetési modellek, külföldi tapasztalatok,
ORTT-AKTI, Bp. 2005. A fenti négy könyv az AREK könyvtár állományában megtalálható.
Szükséges adatátviteli sebesség.
A hagyományos felbontású tévéjel (SDTV) digitális válto-
zatában 270 Mbit/s sebesség¶ a tömörítetlen adat sebessége. kódolással 26 Mbit/s-ra csökkenthet®.
Ez a kés®bb ismertetett MPEG2
Hasonlóan a 1,5 Mbit/s adatátviteli sebességet igényl®
tömörítetlen sztereó hangjel is 100400 kbit/s-ra tömöríthet® az MPEG2 szabvány segítségével.
6
DVB . Az DVB (Digital Video Broadcasting
≈
digitális kép-m¶sorszórás) rövidítés utal arra a digitális
tévézésre, mely európai kezdeményezés¶. Ez más helyeken is elterjedt pl. Ausztráliában. Az USA, Japán és Kína más szabványokat használnak. A projekt keretében három átviteli módot dolgoztak ki: a földi, a kábeles és a m¶holdas m¶sorszórás számára. Ezek jelölése sorban: DVB-T (terrestrial), DVB-C (cable), DVB-S (satellite).
DVB-S, DVB-C . A m¶holdas átviteli módnál QPSK modulációval a mintegy 33 MHz szélesség¶ csatornán 38 Mbit/s sebesség¶ adatátvitel is lehetséges. M¶soronként 6 Mbit/s-ot feltételezve legalább 6 tévém¶sor átvihet® egy csatornán, rádióm¶sorok esetén pedig akár 20 m¶sor is lehet egy csatornán. A koaxiális kábelre épül® DVB-C átvitelnél alkalmazott 64 QAM moduláció szintén nagyjából 38 Mbit/s adatátviteli sebességet biztosít a mindössze 8 MHz-es sávszélesség¶ csatornán. A DVB-S és DVB-C módokat 1995 óta használják.
DVB-T . A földfelszíni digitális átviteli mód, a DVB-T, 1998-ban kezdte pályáját, és az Egyesült Királyságból, a skandináv országokból és Spanyolországból induló megoldást ma már egészen Ausztráliáig alkalmazzák. A DVB-T 5 és 31 Mbit/s közötti adatátviteli sebességet kínál, amely gyakorlatban általában a 2225 Mbit/s-ot jelent. Az USÁ-ban, Japánban és Kínában ett®l és egymástól is eltér® földfelszíni átviteli rendszert használnak. Mindegyik digitális hang- és képátvitel alapja az MPEG2 vagy MPEG4 adatfolyam.
Ezek
elég általános szabványok: lehet®séget adnak a fentiek mellett számítógépes adat átvitelére is. A hang- és képjeleken jelent®s tömörítést képesek végrehajtani.
Ehhez gyelembe veszik az emberi
hallás és látás olyan jelenségeit, mint a hangelfedés jelensége. Az MPEG2 használatos a DVD-n is.
Az MPEG4 ennek továbbfejlesztett változata, mely-
ben lehet®ség van különböz® objektumok, többek között 2 és 3 dimenziós gra kák, rögzített szín¶ hátterek, valamint olyan süketeknek szóló jelnyelvi jelek átvitelére, amelyet szintetikus emberalak mutogat el. A video- és hangjelek tömörítése is sokat fejl®dött az MPEG2 óta. Az MPEG4 alkalmas video- és képjelek átvitelére különböz® csatornákon, mint például az internet, vagy a m¶holdas m¶sorszórás; vagy tárolására. Ezekhez jelent®s mennyiség¶ sávszélesség közül választhatunk.
7
2.1.
MPEG-szabványok
Szabvány
Leírás
Állapot
MPEG1
Mozgókép és hang közelít®leg VHS (videokazetta)
1992 óta szabvány
min®ségben, CD adatátviteli sebességgel (max. 1,5 Mbit/s) Ennek 3. (audió) rétege az mp3 hangformátum. MPEG2
Digitális televízió (SDTV+HDTV) és DVD
MPEG3
Rövid ideig létezett, a MPEG2-be átmentek az
MPEG4
Multimédia, interaktív tartalom Ebb®l való az
MPEG7
M¶sorhoz kapcsolt kiegészít® adatok (metaada-
1993 óta szabvány
újításai 1999 óta szabvány
mp4 videóformátum. 2001 óta szabvány
tok) MPEG21
Kiegészít® eszközök és módszerek
2003-ban véglegesítve
A fenti táblázatban az SDTV (Standard De nition TV) a szokványos felbontású televíziót jelenti 768x576-os felbontással (4:3), a HDTV a nagy felbontású (High De ntition) TV-t jelöli minimálisan 720 soros felbontással 16:9-es képaránnyal (1280x720 és 1920x1080).
2.2.
Magyar vonatkozások
Kiegészít® információk az Antenna Hungária oldaláról.
http://www.ahrt.hu/Digitalis_atallas/Digitalis televiziozas.aspx
8
. Az Antenna Hungária nyerte meg 2008-ban öt földfelszíni digitális televízió- és egy földfelszíni rádióm¶sorszoró-hálózat üzemeltetési jogát. Az A.H. már 1999 óta folytatott kísérleti digitális TV adásokat. A televíziós multiplexeket az els® öt nagybet¶vel jelölik: multiplex
indulás
típus
A és C
2008
televíziós multiplex
B
2008
mobiltelevíziós multiplex
D és E
2011, az analóg leál-
televíziós multiplex
lásakor
Mobiltelevíziózás . A mobiltelevíziózás a DVB-T-vel kompatibilis DVB-H (DVB-Handheld) szabványra épül.
A
fenti oldalról elérhet® linken több információ van róla.
A DVB-H lehet®vé teszi a néz®k számára, hogy él® televíziós programokat nézhessenek mobiltelefonjukon, és interaktív szolgáltatásokat vegyenek igénybe, mint például szavazás vagy különböz® tartalmú fájlok lekérése. Az adás 2008 decemberében indult a két Duna TV-vel. A csatornák számát folyamatosan b®vítik és valószín¶leg az AH-val szerz®d® mobil-szolgáltatók kínálatában el® zetési díjért lesz elérhet®. Aktuális helyzet: http://www.dvb-h.org/Services/services-hungary-antenna-hungaria.htm A kísérleti adásokban az MPEG2-es adatfolyamot használták, a 2008-tól induló adásokban a korszer¶bb és hatékonyabb MPEG4-eset.
Az MPEG4-gyel multiplexerenként akár 8-12 SD
felbontású csatorna (vagy 3 HD csatorna) átvitele lehetséges.
2.3.
Mintafeladatok
2.1. feladat 2.2. feladat
{62} Mit jelent a váltott soros letapogatás? {110} Milyen veszteséges tömörítési eljárást használ a JPEG az állóképek esetén?
Részletezzük a lépéseit!
2.3. feladat
{111}
Milyen többletlehet®ségünk van a mozgókép tömörítésnél az álló képek
tömrítésének módszerein felül?
2.4. feladat
{63} Milyen hallással kapcsolatos törvényszer¶ségeken alapul a veszteséges hang-
tömörítés?
2.5. feladat
{64} Milyen formában visszük át a színes analóg videójelet? Miért nem az RGB
(vörös-zöld-kék)-összetev®ket küldjük át?
2.6. feladat
{112} Milyen formában visszük át a színes digitális videójelet? Miért nem az RGB
(vörös-zöld-kék)-összetev®ket küldjük át?
2.7. feladat
{65}
Minimum hány sort kell megjelenítenie egy HD-adásra felkészített (HD
Ready) televíziónak?
2.8. feladat
{66}
Írjuk le az európai digitális televíziózásban mit jelentenek a következ®
rövidítések? DVB-T, DVB-C, DVB-S.
2.9. feladat
{98} Mit tárolhat az elemi adatfolyam?
9
2.10. feladat {99} Mit jelent és hogyan épül fel a csomagolt elemi adatfolyam? 2.11. feladat {100} Mit jelent és hogyan épül fel a átviteliadatfolyam-csomag
(Transport
Stream)?
2.12. feladat 2.13. feladat
{101} Milyen lehet®ségek vannak a videojel és az hangjel tömörítésére? {102} Melyik MPEG-változatot használjuk az alábbiak esetén?
DVD, földfelszíni digitális videó m¶sorszórásban 2008-tól Magyarországon, videó CD, MP3 hangfájlban, MP4 hangfájlban.
3.
MPEG
Forrás f®ként: Walter Fischer: A digitális m¶sorszórás alapjai, Gyakorlati útmutató mérnökök számára, ORTT-AKTI, Budapest 2005
Video a HTML5-ben: http://diveintohtml5.org/video.html (container, video and audio formats)
MPEG és társai . •
JPEG: Joint Picture Expert Group, fényképészeti szakért®i csoport Az interneten fényképekre az általuk kifejlesztett formátumot használják leggyakrabban. .jpg vagy .jpeg kiterjesztés
•
MPEG: Motion Picture Expert Group, mozgókép-szakért®i csoport a DVD-n és más helyeken használatos videotárolási és -átviteli szabványok kidolgozói pl. MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 A képtömörítés több eljárása a JPEG-b®l való.
•
Az MPEG szabványokat használja többek közt:
DVB: európai digitális videó-m¶sorszórás (T, S, C) ATSC: amerikai földfelszíni digitális videó-m¶sorszórás Video DVD
SDTV, HDTV . •
SDTV (Standard De nition TV) a szokványos felbontású televíziót jelenti 768x576-os felbontással (4:3)
•
HDTV (High De ntition TV) minimálisan 720 soros felbontással 16:9-es képaránnyal (1280x720 és 1920x1080)
10
Az MPEG4 a tömörítési eljárások fejl®dése mellett az objektumorientáltságot vitte be az adatátvitelbe.
Létrehozhatunk benne 2 és 3 dimenziós szintetikus ábrákat, nyomógombokat, állandó
háttérképet, vagy éppen olyan szintetikus emberi alakot, aki a jelnyelven aláfesti a lmet süketek számára, az alak irányításához kevesebb bitsebesség szükséges, mintha felvennénk egy jelnyelvel® embert videóra. Természetesen ezek az objektumok ki/bekapcsolhatóak a lm mellett.
Adatsebesség . •
Adattömörítés nélküli digitális
•
sztereo hang (CD-min®ség): 1,7 Mbit/s.
Tömörített digitális (MPEG-2, azaz DVD min®ség)
3.1.
SDTV (csak video) jel adatsebessége 270 Mbit/s.
SDTV (csak video) jel adatsebessége 26 Mbit/s. sztereo hang (CD-min®ség): 0,10,4 Mbit/s.
MPEG adatfolyam
Elemi adatfolyam .
11
•
Elemi adatfolyam (Elementary Stream = ES) tömörített kép- és hangjelek, valamint tetsz®leges bitsorozat. Lehetnek:
video-adatfolyamok hang-adatfolyamok sima adatfolyamok
Csomagolt elemi adatfolyam, PES . •
A video és a hang néhol jobban tömöríthet®, néhol kevésbé.
•
Mind az MPEG1, 2, 4 elemi adatfolyamokat váltakozó hosszúságú csomagokra osztják.
•
ez a csomagolt elemi adatfolyam (Packetized E. S. = PES)
•
max. 64 kilobájt min. egy tömörített kép, illetve hangszegmens
•
csomagok szerkezete:
fejléc 6 bájt:
∗ ∗ ∗
3 bájt: x 00 00 01 (hexadecimális) 1 bájt: adatfolyam azonosító 2 bájt: PES csomag hossza
max. 64 kB hasznos adat
Nyalábolt PES . •
Video CD-n (MPEG1) és video DVD-n (MPEG2) felváltva tárolnak video illetve hang PES csomagokat.
•
Az MPEG2 egyik célja, hogy több független televíziós vagy rádiós programot fogjunk össze egy adatjellé,
•
majd ezt m¶holdon, kábeles vagy földfelszíni kapcsolaton továbbítsuk.
•
Ehhez a PES csomagot kisebb (184 bájtos) egységekre osztjuk, melyekhez 4 bájtos fejléceket f¶zünk: MPEG2 átviteliadatfolyam-csomag (Transport Stream, TS, 188 bájt)
•
Ezeket összef¶zzük adatjellé, mely váltakozva tartalmaz hang-, video-, és sima adatjelet, váltakozva tartalmazza a különböz® programok TS csomagjait.
Az átküldött adat szerkezete . 1. 188 bájtos TS csomag (a) 4 bájt fejléc ( x szinkronbájt, csomagazonosító) (b) 184 bájt hasznos adat (video, hang, sima adat)
12
2. hibajavító kód (ReedSolomon)
•
európai DVB rendszerben 16 bájt, 8 hiba/csomag javítására
•
amerikai ATSC rendszerben 20 bájt, 10 hiba/csomag javítására
(Irving S. Reed & Gustave Solomon, 1960, MIT Lincoln Laboratory)
Vétel lépései . •
Szinkronizáció a 188 bájtonként lev® szinkronbájtra (47 hexadecimális). 5 adott távolságra lév® szinkronbájtot megvár.
•
Az adatátviteli folyamban a programokra vonatkozó információk is szerepelnek. Kikeresi, a venni kívánt programhoz milyen azonosítójú csomagok tartoznak. (pl. egy csomagazonosító a hangcsomagokhoz és egy a videocsomagokhoz)
•
Az MPEG2 dekódoló csak ezekkel a csomagokkal foglalkozik.
Mivel az adatfolyamban nem csak a szinkronbájt lehet 47hex . Ezért ezért szinkronizációnál 5szöri 188 bájtonként ismétl®dést megvárnak, ezzel már lényegében biztosra vehet®, hogy sikerült megtalálni a TS csomagok elejét.
3.2.
A tömörítés lehet®ségei Állókép
Az alábbi tömörítési módszert használják pl. a JPEG képek esetén és a mozgóképek kés®bb ismertetett
I képkockái esetén.
A pl. 8x8 pixeles blokkjait diszkrét koszinusz transzformációval (DCT) frekvenciatartományba alakítják. (A DCT nagyon hasonló az FFT-hez.) Itt a frekvenciatartományt nem id®ben, hanem térben kell érteni és az eddig megismertekkel szemben egyszerre két térirányban (2 dimenzióban) végezik el.
Egy kép tömörítése .
13
A DCT komponensek jelentése . A 2 dimenziós DCT során az alábbi képek összegeként rakjuk össze a képet.
A bal fels® sorban van az egyenszint. T®le jobbra azok az összetev®k, amelykben a vizszintesen szinuszosan változik a pixelek súlya, jobbfelé haladva egyre nagyobb frekvenciával.
14
A baloldali
komponenseknél függ®leges irányban változik szinuszosan a kép.
A többi komponensnél mindkét
irányban változik
Kiolvasás cikkcakkban .
Az els® sor a kiolvasás sorrendjét mutatja, a második egy példát a kiolvasandó értékekre és sorrendjükre. Mivel a nagyobb frekvenciájú tagokra a szem érzéketlenebb, ezért azokat kisebb súllyal veszik gyelembe, nagyobb súlytényez®vel osztjuk egész osztással (pl. 209/20=10). Ekkor az együtthatók közül sok nulla lesz.
Megfelel® sorrendben (cikkcakkban) olvasva sok nulla kerül egymás mellé,
amelyeket úgynevezett futamhossz-kódolással kódolnak.
Ez azt jelenti, hogy ahelyett, hogy 26
nullás bájtot elküldenénk, csupán a nullák számát küldjük el.
Futamhossz-kódolás, RLE, run length encoding . Például, ha a cikkcakkban nyert értékek: 45, 3, 2, 0, 2, 1, 0, 0, 4, 0, 0, 0, 0, 5, 0, 1, és még 48 darab nulla.
Elküldjük el®ször az egyenszintet, és hogy hány nullás jön utána a cikkcakkban, majd további számpárokat, melynek az els® tagja az hogy mi a következ® nemnulla szám, és utána hány nulla jön cikkcakkban.
(45,0),
(3, 0),
(2, 1),
(2, 0),
(1, 2),
(4, 4),
(5 ,1),
(1,48)
Hány biten fér el a nullák száma (a párok második tagja)? Mivel 8x8-as blokkokat kódolunk, egy nemnulla szám után max 62 nulla lehet, tehát a párok második tagját (a nullák számát) 6 biten kódolhatjuk. Ajánlott megnézni:
http://www.youtube.com/watch?v=rC16fhvXZOo&feature=related 32-ig.
15
különösen a 26.
perct®l
illetve magyarul:
3.3.
http://e-oktat.pmmf.hu/kepeshang_9_fejezet
A tömörítés lehet®ségei Mozgókép
Minden egyes mintavett értéket a stúdióban 10 biten tárolnak. Ez szükséges lehet utófeldolgozás esetén, de szükségtelen a végfogyasztóknak, ezért a különböz® csatornákon az értkeket 8 bitesre kódolják át. Ez az átkvantálás 20%-kal kevesebb adatot jelent.
Mivel a színek esetén a szem felbontóképessége kisebb, mint a fényesség esetén, a színjeleket kisebb felbontással elegend® továbbítani, tehát már a mintavétel frekvenciája is kisebb lehet.
A
színek kisebb felbontású továbbításával 25%-kal csökken az adatmennyiség.
Dierenciális kódolás (DPCM) . A képnél jelent®s tömörítési lehet®séget ad, hogy az egymás utáni képkockák általában nem nagyon térnek el egymástól.
Ezért legtöbb lépésnél az el®z®höz viszonyított különbséget szokták
csak kódolni, és teljes képet csak ritkábban küldenek el.
Mozgáskompenzálás . •
Az új képen megkeresik a referenciaképéhez nagyon hasonló de elmozdult részleteket.
•
Tárolják az elmozdulás vektorát, és az eddig takart részt.
•
A különbséget a dierenciális kódolásnál az elmozdított állapottal hozzák létre.
16
•
Egy önmagában kódolt
I
(intra coded) képet általában max. 3 prediktív (kb. jósolt)
P
kép
követ, hogy a hibák ne növekedjenek fel.
•
Az elmozdult képek mögül el®t¶n® részletek nincsenek az el®z® képkockákon, azok a részletek a jöv®beli képeken vannak. Két irányból jósolt
•
P kép kb. mint egy P. Egy
B képek.
harmadakkora adatmennyiség mint az
I kép, a B kép harmad- negyedakkora,
Mozgáskompenzálás (eddig fedett képrészlet, következ® P) .
Az MPEG kódolásnál használt háromféle kép sorrendje . P B B I B B P B B P B B P B B I 9* 10* 11*
0
1
2
3
4
5
6
v0,3 v0,1
7
8
9
10
v6,9 v3,6
I önmagában kódolt (intra coded), P prediktív kódolás, B két irányból (bidirectionally) prediktív 17
12
v12,11 v9,11
v3,1
11
Továbbítás sorrendje: ...
P9* I0 B10* B11* P3 B1 B2 P6 B4 B5 P9 B7 B8 I12 B10 B11
A képek továbbítási sorrendje . Mivel a B képeket csak az utánuk
lév®
I-
illetve
P-képpel
együtt tudjuk értelmezni ezért az
el®bbieket, csak az utóbbiak után van értelme átvinni. Alább az eredeti sorrend, az átviteli sorrend és az eredeti sorrend visszaállítása látható.
Egy akció lmben gyorsan változó képek az egymásutáni képek nagyobb eltérései miatt nagyobb adatfolyamot igényelnek, mint például egy riportm¶sor, ahol a háttér általában nem nagyon változik.
3.4.
A tömörítés lehet®ségei Hang
A hangot felbontják frekvenciaösszetev®kre. Az emberi hallásküszöb frekvenciafüggésének ismeretében a hallasküszöb alatti (kis intenzitású) hangokat nem kell továbbítani.
Elfedés frekvencia és id®tartományban .
18
Frekvenciatartománybeli hangelfedési jelenség.
A hangnál frekvanciatartományban elfedési
jelenség lép fel, tehát ha például egy 4 kHz-es 60 dB-es hangot hallok, akkor nem hallom meg a közeli kisebb er®sség¶ hangokat, például a 20 dB-es 8 kHz-eset. Lényegében minden hang megemeli a hallásküszöböt a környez® frekvenciákon. Az így megnövelt hallásküszöb alatti hangokat sem kell továbbítani.
Id®beli hangelfedési jelenség.
Hasonló jelenség lép fel id®ben is.
Egy hangosabb rész után
egy darabig nem hallom meg a halkabb hangokat (utóelfedés), s®t ez röviddel el®tte is így van (el®elfedés). Az, hogy egy hangosabb zörej után a fülünk nem annyira érzékeny, ez természetes. Az, hogy nem hallunk meg az er®s hang el®tt kis id®vel érkez® halk jelet, az viszont furcsának t¶nik. Az oka a szervezetünkben a jelek vezetésének sebességében rejlik.
Az er®sebb jelek gyorsabban
terjednek mind a fülben, mind az idegrendszer neuronjaiban, ami azt eredményezi, hogy a kés®bbi er®s hang megel®zi az agyba érkezve a korábbi gyenge jel által okozott ingerületet.
Az id®beli
hangelfedést is gyelembe véve további hangösszetev®ket lehet kidobni a hangérzet megváltozása nélkül, ami további tömörítést jelent.
4.
Rádiólokáció
A lokáció típusai . Nyomtatottban 175. dia
•
céltárgyak felderítése (detection) és jellemz®ik (helyzet, mozgás, méret, alak) meghatározása (ranging)
19
•
radar (RAdio Detection And Ranging) rádió tartományban
•
lidar (LIght Detection And Ranging) fénytartományban
•
sonar (SOuNd Acoustic Radar) hanggal
A rádiólokátor hatótávolsága . •
Ha a vev® és adóantenna egyezik
•
A vett teljesítmény (passzív céltárgy)
Pv =
R = R1 = R2 .
Pa σc A2v (4π)3 R4 λ2a
gyorsan csökken a távolsággal.
• Pa , Pv
adó- és vett teljesít-
Rmax ∼
mény
• λa
adó által kibocsájtott
•
Aktív céltárgy: a céltárgy er®sítve visszasugározza a jelet
hullámhossz
• σc
p 4 Pa
Rmax,aktív ∼
a céltárgy hatásos ke-
q Pcélpont
resztmetszete A céltárgy passzív, ha a rées® hullámokat csupán visszaveri.
Aktív, ha a vett jeleket veszi,
feldolgozza és er®sítés után visszasugározza.
Mérések . •
Távolságmérés: ferde távolság: nem csak a vizszintes vetület.
• 2R = cT , c
fénysebesség,
T
visszaérés ideje
•
Radiális (=sugárirányú) sebesség
•
Doppler-eltolódás, távolodó céltárgyról visszavert hullám frekvenciája n®, közeled®nél csökken.
fd = 2fL • fd
az Doppler-féle frekvenciaeltolódás,
fL
vr c
a lokátorfrekvencia,
vr
radiális sebesség
A fentiekben megállapítottuk a célpont távolságát és radiális sebességét. az antennakarekterisztika ismeretében több mérésb®l határozható meg.
A céltárgy iránya
Az irány és a távolság
ismeretében meghatározható a céltárgy magassága és a távolság vizszintes irányú összetev®je, azaz bejelölhet® a térképen.
20
Folytonos üzem¶ lokátor (cw: continuous wave) .
A folytonos üzem¶ lokátor m¶ködése a véltárgyról visszaver®dött jel és az adójel frekvenciájának összehasonlításán alapul. Modulálatlan esetben amikor a frekvencia állandó a két jel üttetéséb®l adodó frekvencia:
fü = |fa − fv | = |fd | fd
ismeretében a sebesség meghatározható: járm¶vek sebességét mér® lokátorok és behatolásjelz®k
így m¶ködnek. Ha a távolságot is mérni akarjuk, akkor az adó frekvenciáját az id®ben változtatni kell. A jobboldali fels® ábrán látható a lineáris moduláció esete, amikor a frekvenciát szakaszonként egyenletesen változtatjuk. Ha a céltárgy áll, vagy legalábbis a radiális sebessége nulla, akkor a b) ábra szerinti ütköztetett frekvenciálkat kapjuk.
A V alakú rész szélességéb®l a
T
id®tartam, ebb®l pedig a ferde távolság
meghatározható. Közeled® céltárgy esetén a vett jel az els® id®szakaszon az
fü
különbség
fv frekvenciája megnövekedik az fd Doppler-eltolódással, Így fd -vel lecsökken, a második szakaszon viszont ugyanennyivel
megnövekszik, ahogy a c) ábrán látható. Impulzusüzem¶ lokátoroknál egy rövid impulzust küldenek ki, a visszatérés idejében az antennát vételre állítják át.
A kis id®tartamok és nagy teljesítmény miatt a kapcsoló az impulzusüzem¶
lokátorok kritikus eleme.
21
