Übertragung, Modulation. Vorlesung: Grundlagen der Videotechnik

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Monica Bieber
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1 Vorlesung: Grundlagen der Videotechnik Übertragung, Modulation 12/19/16 Seite 1

2 Übertragung, Modulation Wie wird das Bild oder Video vom Sender zum Empfänger übertragen? Sender: Videoinformation nötig zum Transport der Info über Trägerfrequenz Modulation Sender 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) 12/19/16 Seite 2

3 Sender: Übertragung, Modulation Videoinformation nötig zum Transport der Info über Trägerfrequenz Warum Modulation? c f Modulation Sender bei 5 MHz Videofrequenz (PAL) Wellenlänge: 60m Antennengröße: 15-60m 12/19/16 Seite 3

4 Wie wird das Bild oder Video vom Sender zum Empfänger übertragen? Empfänger: extrahiert Videoinformation Filter Demodulation Filtert bestimmte Trägerfrequenz heraus, um Programm zu selektieren 12/19/16 Seite 4

5 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. 12/19/16 Seite 5

6 Mischer Prinzip / Überlagerungsprinzip Empfänger: Einfaches Filter am Eingang Mischer, Multiplikator Standardisiert: TV: 38 MHz UKW: 10,7MHz KW, MW, LW 455kHz Filter * Festes Filter Demodulation Inform. Frequenz, Sinus Schwingung Local Oszilator, einstellbar in festen Frequenzabständen; Selektion des Senders 12/19/16 Seite 6

Für das Überlagerungsempfänger-Prinzip siehe auch: http://de.wikipedia.

7 Für das Überlagerungsempfänger-Prinzip siehe auch: nger Beispiel für einen Oszillator, der eine Sinusschwingung einstellbarer Frequenz erzeugt ( Clapp Oszillator ): Aus: 12/19/16 Seite 7

8 Was passiert beim Mischen? Traegersignal sin (ω T t ), mit Winkelfrequenz Local Oszilator Signal: sin (ω LO t ), mit Winkelfreq. beim Mischen werden diese Frequenzen multipliziert: sin (ω T t )sin (ω LO t )=? ω T =2 πf T, ω LO =2 πf LO, Zur Umformung verwenden wir die Eulersche Formel (zum genaueren Nachlesen: wonach der Sinus der Imaginaerteil der Exponentialfunktion ist: sin(ω t)=i(e jω t )= 1 2 j (e jω t e j ω t ) 12/19/16 Seite 8

9 Also: sin(ω T )sin (ω LO t )= = 1 2 j (ejω T t e j ω T t ) 1 2 j (e jω LO t e jω LO t )= = 1 4 (e j(ω T+ω LO)t +e j(ω T+ω LO)t )+ 1 4 ( e j(ω T ω LO)t e j(ω T ω LO)t )= = 1 2 cos((ω T +ω LO )t)+ 1 2 cos((ω T ω LO )t) Wir sehen: Es entsteht eine cos Komponente mit der Summe der beiden Frequenzen, und eine mit der Differenz! 12/19/16 Seite 9

10 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.- und Summen-Frequenzen 12/19/16 Seite 10

11 Durch das Mischen entstehen neue Frequenzen: Differenzfrequenz Summenfrequenz ω T ω LO ω T +ω LO 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 T ω LO ω T ω LO 12/19/16 Seite 11

12 Veranschaulichung der Filterung der Differenzfrequenz, auch Zwischenfrequenz (ZF) genannt. Aus: ( ) 12/19/16 Seite 12

13 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) 12/19/16 Seite 13

14 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! 12/19/16 Seite 14

15 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 Spiegelfrequenzunterdrückung" genannt. Wichtige Information in Datenblättern in Empfängern. Je größer diese Dämpfung ist, desto besser. 12/19/16 Seite 15

16 Python 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. 12/19/16 Seite 16

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