DAY_INF_LECTURES (1017134), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

(дБ)

Разница уровней в децибелах есть двадцать десятичных логарифмов отношения напряжений.

Для хорошего качества речи, передаваемой по телефону, необходимо обеспечить отношение сигнал-шум по мощности примерно 10000, или 40 децибел (дБ).

(дБ)

Или, что одно и то же, необходимо обеспечить отношение сигнал-шум по напряжению примерно 100.

(дБ)

Опытные радисты могут разобрать речь при отношении сигнал - шум по напряжению около десяти, но при условии, что передаваемый текст знаком и привычен.

ДИСКРЕТИЗАЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА.

Непрерывное сообщение может быть представлено непрерывной функцией, заданной на некотором отрезке [а, Ь]. Непрерывное сообщение можно преобразовать в дискретное (такая процедура называется дискретизацией).

Для этого из бесконечного множества значений этой функции (параметра сигнала) выбирается их определенное число, которое приближенно может характеризовать остальные значения. Один из способов такого выбора состоит в следующем. Область определения функции разбивается точками на отрезки равной длины x₁, x₂…, x_n и на каждом из этих отрезков значение функции принимается постоянным и равным, например, среднему значению на этом отрезке; полученная на этом этапе функция называется в математике ступенчатой.

Следующий шаг - проецирование значений «ступенек» на ось значений функции (ось ординат). Полученная таким образом последовательность значений функции y₁, y₂…, y_n является дискретным представлением непрерывной функции, точность которого можно неограниченно улучшать путем уменьшения длин отрезков разбиения области значений аргумента.

Процедура дискретизации непрерывного сообщения.

Ось значений функции можно разбить на отрезки с заданным шагом и отобразить каждый из выделенных отрезков из области определения функции в соответствующий отрезок из множества значений. В итоге получим конечное множество чисел, определяемых, например, по середине или одной из границ таких отрезков.

Таким образом, любое сообщение может быть представлено как дискретное, т.е. последовательностью знаков некоторого алфавита.

Ввиду преимущества двоичных сигналов перед аналоговыми в настоящее время широко используются двоичные каналы для передачи аналоговых речевых сигналов. Внедрение подобных систем на междугородных линиях связи значительно улучшило качество связи.

Для дискретизации аналогового сигнала необходимо:

• преобразовать аналоговый речевой сигнал в цифровой код;

• передать цифровой сигнал по линии связи регенерируя его на каждом из промежуточных усилительных пунктов (при этом устраняются помехи).

• перед подачей в телефонную трубку цифровой сигнал снова превратить в аналоговый.

Возможность дискретизации непрерывного сигнала с любой желаемой точностью (для возрастания точности достаточно уменьшить шаг) принципиально важна с точки зрения информатики. Компьютер - цифровая машина, т.е. внутреннее представление информации в нем дискретно. Дискретизация входной информации (если она непрерывна) позволяет сделать ее пригодной для компьютерной обработки.

Существуют и другие вычислительные машины - аналоговые ЭВМ. Они используются обычно для решения задач специального характера и широкой публике практически не известны. Эти ЭВМ в принципе не нуждаются в дискретизации входной информации, так как ее внутреннее представление у них непрерывно. В этом случае все наоборот - если внешняя информация дискретна, то ее «перед употреблением» необходимо преобразовать в непрерывную.

Превратить в дискретный двоичный можно не только речевой, но и любой другой аналоговый сигнал.

В качестве примера попробуем сконструировать простейший датчик углового положения фюзеляжа.

Возьмем отвес - жесткий стержень с грузом на конце, закрепленный на горизонтальной оси 0. Верхний конец стержня соединим с подвижным контактом потенциометра, а к крайним выводам потенциометра подключим источники напряжения -10 В и + 10 В. Если фюзеляж самолета находится в горизонтальном положении, подвижный контакт будет в середине резистивной подковки потенциометра, а потенциал на нем U обратится в нуль. Стоит самолету наклониться вперед, допустим войти в пике, движок потенциометра переместится влево по подковке и потенциал U станет отрицательным. Если же носовая часть самолета будет направлена вверх, потенциал V станет положительным. Пусть при наклоне фюзеляжа на угол ± 20° потенциал U изменяется от + 10 до - 10 В. Крутизна характеристики преобразования угол - напряжение для такого датчика составит 0,5 В на градус. Таким образом, мы получим аналоговый сигнал углового положения самолета.

Для преобразования этого сигнала в цифровую форму необходимо задаться шагом дискретизации - минимальным изменением напряжения, соответствующим изменению цифрового кода на единицу. Если в нашем простейшем случае достаточна точность 1°, то шаг дискретизации будет равен 0,5 В. Число шагов дискретизации, на которое изменилось напряжение U, и будет являться углом наклона фюзеляжа, выраженным в градусах. Его значение можно представить и двоичным кодом, как это показано на рисунке.

Для преобразования аналоговых величин в цифровой код служат специальные электронные устройства – аналого - цифровые преобразователи (АЦП). Полученный цифровой код углового положения фюзеляжа поступает в цифровой процессор, выполняющий функции и сравнивающего устройства, и системы регулирования. Сюда же поступают сведения и о положении самолета в других плоскостях пространства, и о положении рулей. Процессор вырабатывает сигнал, управляющий рулями. При цифровой обработке информации можно получить существенно большую точность регулирования и управления. Этим и объясняется широкое применение цифровой техники в системах управления.

Д искретизация по уровню аналогового сигнала.

С какой точностью, например, можно измерить напряжение с помощью обычного стрелочного прибора? Лучшие лабораторные магнитоэлектрические приборы с зеркальной шкалой обеспечивают точность отсчета не более 0,2%, что составляет 2^-3 В то же время цифровые вольтметры могут иметь пять-шесть разрядов, что обеспечивает точность измерений на два-три порядка (в 100... I000 раз) выше.

ЦИФРОВАЯ ТЕЛЕФОННАЯ СВЯЗЬ.

Вот как описывал процесс телефонной связи на заре возникновения цифровых телефонных систем автор книги «Посвящение в радиоэлектронику» В.Т. Поляков.

«Несколько лет назад мне довелось пройти на гидрографическом судне от Владивостока до Петропавловска-Камчатского. Естественно, что из каждого порта я звонил домой, в Москву, чтобы справиться о делах и здоровье близких. Владивосток был еще связан с Москвой старой системой аналоговой телефонной связи. Часа три приходилось ждать, пока телефонистки соединят линию. Наконец, еле-еле, сквозь шумы и трески послышался голос жены. Совсем иная картина была в Петропавловске. Там действовала цифровая телефонная связь. Прямо из кабины телефона-автомата можно набрать код Москвы, затем две-три служебные цифры и нужный номер в Москве. Весь процесс занял не более минуты, причем более половины этого времени ушло на то, чтобы разобраться в правилах пользования автоматом, вывешенных в кабине: какие набирать цифры, каких ждать гудков и т.д. Слышно было лучше, чем когда я звонил соседу по дому в Москве, так же хорошо слышали и меня, а помех практически не было. Надо ли говорить, что после состоявшегося разговора я стал ярым приверженцем цифровой телефонной связи»

Так как же обычная человеческая речь превращается в поток цифр, ведь на выводах микрофона имеется быстро изменяющийся аналоговый речевой сигнал?

Берутся отсчеты, т.е. значения этого сигнала через равные промежутки времени . Интервал должен быть настолько мал, чтобы речевой сигнал не успевал намного измениться между отсчетами. Этот интервал часто называют временным шагом дискретизации или интервалом Найквиста.

Минимальную частоту взятия отсчетов при равномерной дискретизации сигнала с ограниченным спектром, т.е. величину, обратную временному шагу дискретизации, определяет теорема В.А. Котельникова (академика, основателя теории помехо устойчивости систем связи).

Любая непрерывная функция , спектр которой ограничен частотой полностью определяется последовательностью своих значений в моменты времени, отстоящие друг от друга на интервал

Частота отсчета должна быть вдвое больше самой высокой частоты звукового спектра, т.е.

Интервал Найквиста:

В телефонии принято передавать частоты только до 3400 колебаний в секунду, т.е. до 3,4 кГц. При этом разборчивость речи еще очень хорошая. Значит, частота взятия отсчетов должна быть не менее 6800 в секунду, или 6,8 кГц. Процесс взятия отсчетов называют дискретизацией по времени.

Для цифровой оценки отсчетов нужен следующий процесс -дискретизация по уровню. Каждый отсчет можно представить числом, соответствующим значению отсчета звукового напряжения. Например, если звуковое напряжение измерять в милливольтах, то число целых милливольт и будет отсчетом, а один милливольт - шагом дискретизации по уровню. Ошибка квантования по уровню в данном случае не превзойдет половины шага квантования, т.е. 0,5 мВ.

Характеристики

Список файлов лекций