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Vorlesung: Grundlagen der Videotechnik WS2015/16
Vorlesung:Grundlagen der Videotechnik
Übertragung, Modulation
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Vorlesung: Grundlagen der Videotechnik WS2015/16
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)
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SenderModulation
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Übertragung, ModulationSender:
Videoinformation nötig zum Transport der Info über Trägerfrequenz
Warum Modulation?
bei 5 MHz Videofrequenz (PAL)
Wellenlänge: 60m
Antennengröße: 15-60m
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SenderModulation
fc
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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
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
Filter Demodulation
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Grundlagen der Videotechnik
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.
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
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Grundlagen der Videotechnik
Mischer Prinzip / Überlagerungsprinzip
Empfänger:
Inform.
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
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
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Grundlagen der Videotechnik
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
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
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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:
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
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 )
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Also:
Wir sehen: Es entsteht eine cos Komponente mit der Summe der beiden Frequenzen, und eine mit der Differenz!
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
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)
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Grundlagen der Videotechnik
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
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
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Grundlagen der Videotechnik
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)
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
ω LO
ωT
ωT−ωLO
ωT+ωLO
ωT−ωLO
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
Aus:http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberlagerungsempf%C3%A4nger
(29.12.14)
Veranschaulichung der Filterung der Differenzfrequenz,auch “Zwischenfrequenz” (ZF) genannt.
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Grundlagen der Videotechnik
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)
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
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Grundlagen der Videotechnik
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!
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
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Grundlagen der Videotechnik
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.
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Digitale Filter, Übertragung, Modulation
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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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