Разработка цифрового декодера аналогового телевизионного сигнала pal-625

1. Разработка цифрового декодера аналогового телевизионного сигнала pal-625 полученного с беспилотного летательного аппарата

Авторы:
Абрашин А.А., Артемьев В.В., Галкин М.Е., Катков М.М.
Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет
им. Н. И. Лобачевского.
Нижний Новгород, 2026 г.
1

2. Актуальность темы исследования

В современном мире, несмотря на глобальный переход к
цифровому вещанию, аналоговая передача данных сохраняет
первостепенное значение для ряда прикладных систем.
Минимальные задержки, высокая надёжность и низкая
стоимость реализации обуславливают востребованность данного
подхода в таких сегментах, как FPV (First Person View) для
управления беспилотными летательными аппаратами по
радиоканалу «БПЛА–земля».
Приём сигнала наземной станцией осложняется замираниями,
доплеровскими искажениями и помехами, характерными для
такого канала.
Аналоги цифровых декодеров, например библиотеки libdvbpsi, ffmpeg предъявляют требования
к стабильности сигнала и высокому отношению сигнал/шум в сочетании с высокой
вычислительной сложностью, и, как следствие, не подходят для работы в условиях
динамического канала «БПЛА-земля». К тому же данные библиотеки используются как одни из
многочисленных модулей ПО для обработки видео и DVB (Digital Video Broadcasting) потоков.
Малоизученным аспектом остается разработка оптимизированных алгоритмов, специально
предназначенных для устойчивого обнаружения и восстановления видеокадров в зашумлённом
канале с возможностью реализации на недорогой элементной базе (SDR-модули, одноплатные
компьютеры). Решение задачи позволит создавать экономичные наземные станции, расширяя
функционал парка аналоговых БПЛА.
2

3. Постановка задачи

В канале передачи данных «БПЛА-земля» передается аналоговый телевизионный сигнал PAL-625
формата с борта FPV-дрона:
s(t)=Y(t)+C(t)+S(t)
s(t) — полный телевизионный композитный сигнал;
Y(t) — сигнал яркости;
C(t) — модулированный сигнал цветности;
S(t) — синхронизирующие импульсы.
Структура канала связи:
r(t)=h(t)s(t)+n(t)
s(t) — полный телевизионный композитный сигнал;
h(t) – коэффициент передачи канала;
n(t) – аддитивный белый гауссовский шум (АБГШ);
r(t) – принятый видеосигнал.
В процессе распространения по радиоканалу передаваемый сигнал s(t) подвергается аддитивному
шумовому воздействию n(t) и мультипликативным искажениям h(t), проявляющимся в форме
быстрых и медленных замираний. Указанные факторы вызывают падение отношения сигнал/шум, а
также существенное ухудшение качества видеоданных на входе приёмника, что делает
проблематичным их устойчивое декодирование и декодирование.
3

4. Функциональная схема цифрового декодера

LPF
FM demodulator
rIQ
ϕ[n]=atan2(Q[n], I[n])
s
Initial H-Sync
Localization
sf[n] = BN{s[n]}
ϕ[n]=ϕ[n]+2π⋅k[n]
sf
f[n]=
⋅(ϕ[n]−ϕ[n−1])
2πTs
p
pi=argmin sf[(i-1) ⸱Ls + n]
N=4
F = 3.5 МГц
1
K = round(0.1⸱Ls)
Sync Refinement &
Depth Metric
pi=med{pi−2′,pi−1′,pi′,pi+1′,pi+2′}
mi= min s[pi+n]
n∈[− N2 h, N2h ]
W = [0, K - 1]
s[n]= f [n]k − fc
Nh=round(4.7⋅10−6⋅fs)
Ls = 64 мкс
f
sf
Поиск позиций
синхроимпульсов в строках pi
pi=argmin sf[(i-1) ⸱Ls + n]
Формирование метрик mi по
найденным положениям pi
mi = min s[pi + n]
Принятие решения о наличии
сигнала
Frames
reconstruct
n∈[ - N2h, N2h ]
Adaptive Threshold
& V-Sync Mask
v
Ifinal
mi <