Олифер В.Г., Олифер Н.А. - Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы (4-ое изд.) - 2010 - обработка (953099), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Поэтому на смену аналоговой технике записи и передачи звука и изображений пришла цифровая техника. В этой технике используется так называемая дискретная модуляция исходных непрерывных во времени аналоговых процессов. Ьиплнтула исходной непрерывной функции измеряется с заланным периодом — за счет мого происходит дискретизация по времени.
Змеи каждый замер представляется в виде двоичного числа определенной разрядности, по шначает дискретизацию ло значениям — непрерывное множество возможных значений випвктуды заменяется дискретным множеством ее значений. Устройство, которое выполняет подобную функцию, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП), После этого замеры передаются по линиям связи в виде последомтгльностн единиц и нулей.
При этом применяются те же методы кодирования (с ними пи познакомимся позднее), что и при передаче изначально дискретной информации. Вв приемной стороне линии коды преобразуются в исходную последовательность битов, в специальная аппаратура, называемая цифра-анвлоговым преобразователем (ЦАП), про- Глава 9. Кодирование и мультиплексирование данных изводит демодуляцию оцифрованных амплитуд, восстанавливая исходную непрерывную функцию времени. Дискретная модуляция основана на теории отображения Найквисаа.
В соответствии с этой теорией, аналоговая непрерывная функция, переданная в виде последовательности ее дискретных по времени значений, может быть точно восстановлена, если частота дискретизации была в два или более раз выше, чем частота самой высокой гармоники спектра исходной функции. Если это условие не соблюдается, то восстановленная функция будет существенно отличаться от исходной. Преимуществом цифровых методов записи, воспроизведения и передачи аналоговой информации является возможность контроля достоверности считанных с носителя или полученных по линии связи данных. Для этого можно применять те же методы, что и в случае компьютерных данных, — вычисление контрольной суммы, повторная передача искаженных кадров, применение самокорректирующихся кодов.
Для представления голоса в цифровой форме используются различные методы его дискретизации. Наиболее простой метод, в котором применяется частота квантования амплитуды звуковых колебаний в 8000 Гц, уже был кратко рассмотрен в главе 3. Этот метод имеет название импульсно-кодовой модуляции (Рп1зе Соде Мода!аг(оп, РСМ). Обоснование выбранной частоты квантования в методе РСМ достаточно простое. Оно объясняется тем, что в аналоговой телефонии для передачи голоса был выбран диапазон от 300 до 3400 Гц, который достаточно качественно передает все основные гармоники собеседников. В соответствии с теоремой Найквиста — Котельникова для качественной передачи голоса достаточно выбрать частоту дискретизации, в два раза превышающую самую высокую гармонику непрерывного сигнала, то есть 2 к 3400 - 6800 Гц. Выбранная в действительности частота дискретизации 8000 Гц обеспечивает некоторый запас качества.
В методе РСМ обычно используется 7 или 8 бит кода для представления амплитуды одного замера. Соответственно это дает 127 или 256 градаций звукового сигнала, что оказывается вполне достаточно для качественной передачи голоса. При использовании метода РСМ для передачи одного голосового канала необходима пропускная способность 56 или 64 Кбит/с в зависимости от того, каким количеством битов представляется каждый замер. Если для этих целей применяется 7 бит, то при частоте передачи замеров в 8000 Гц получаем: 8000 х 7 - 56 000 бит/с или 56 Кбит/с. А для случая 8 бнт; 8000 х 8 - 64 000 бит/с или 64 Кбит/с. Как вы знаете, стандартным является цифровой канал 64 Кбит/с, который также называется элементарным каналом цифровых телефонных сетей; канал 56 Кбит/с применялся ва ранних этапах существования цифровой телефонии, когда один бит из байта, отведенного для передачи данных, изымался для передачи номера вызываемого абонента (детали см.
в разделе «Сети РОН» главы 11). Передача непрерывного сигнала в дискретном виде требует от сетей жесткого соблюдения временибго интервала в 125 мкс (соответствующего частоте дискретизации 8000 Гц) между соседними замерами, то есть требует синхронной передачи данных между узлами сети. 2ВЗ Методы кодирования Прн отсутствии синхронности прибывающих замеров исходный сигнал восстанавливается неверно, что приводит к искажению голоса, изображения или другой мультимедийной информации, передаваемой по цифровым сетям. Так, искажение синхронизации в 10 мс может привести к эффекту чэхаь, а сдвиги между замерами в 200 мс приводят к невозможности распознавания произносимых слов. В то же время потеря одного замера при соблюдении синхронности между остальными миерамн практически не сказывается на воспроизводимом звуке.
Это происходит за счет сглаживающих устройств в цифро-аналоговых преобразователях, работа которых основана ээ свойстве инерционности любого физического сигнала — амплитуда звуковых колебаний эе может мгновенно измениться на большую величину. На качество сигнала после ЦАП влияет не только синхронность поступления на его вход замеров, но н погрешность дискретизации амплитуд этих замеров. В теореме Найквиста— Катальникова предполагается, что амплитуды функции измеряются точно, в то же время использование для их хранения двоичных чисел с ограниченной разрядностью несколько искажает зти амплитуды.
Соответственно искажается восстановленный непрерывный сигнзл — этот эффект называют шумом дискретизации (по амплитуде). Методы кодирования Выбор способа кодирования При выборе способа кодирования нужно одновременно стремиться к достижению нескольких целей: () минимизировать ширину спектра сигнала, полученного в результате кодирования; () обеспечивать синхронизацию между передатчиком и приемником; () обеспечивать устойчивость к шумам; () обнэруживать н по возможности исправлять битовые ошибки; 3 киннмизировать мощность передатчика. Белее узкий спектр сигнала позволяет на одной и той же линии (с одной н той же полосой эровускания) добиваться более высокой скорости передачи данных.
Спектр сигнала в общем случае зависит как от способа кодирования, так н от тактовой частоты передатчика. Пусть иы разработали два способа кодирования, причем в каждом такте передается один Бит информации. Пусть также в первом способе ширина спектра сигнала Гравна тактовой астоте смены сигналов/, то есть Е-/, а второй способ дает зависимость Е 0,8/: Тогда эра одной н той же полосе пропускания В первый способ позволит передавать данные со скоростью В бит/с, а второй (1/0,8)В - 1,25 В бит/с. Сввхрояизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени считывать новую порцию информации с линии связи. При перемче дискретной информации время всегда разбивается иа такты одинаковой длительности, э приемник старается считать новый сигнал в середине каждого такта, то есть синхронигэроэать свои действия с передатчиком.
Праблеиа синхронизации в сетях решается сложнее, чем при обмене данными между Близко расположенными устройствами, например между блоками внутри компьютера 264 Глава 9. Кодирование и мультиплексирование данных или же между компьютером и принтером.
На небольших расстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактируннг(ей линии связи (рис. 9.6), так что информация снимается с линии данных только в момент прихода тактового импульса. В сетях использование этой схемы вызывает трудности из-за неоднородности характеристик проводников в кабелях. На болрших расстояниях неравномерность скорости распространения сигнала может привести к тому, что тактовый импульс придет настолько позже или раньше соответствующего сигнала данных, что бит данных будет пропущен или считан повторно. Другой причиной, по которой в сетях отказываются от использования тактирующих импульсов, является экономия проводников в дорогостоящих кабелях.
Тактовые импульсы Рис. 9.6. Синхронизация приемника и передатчика на небольших расстояниях В сетях для решения проблемы синхронизации применяются так называемые самосинхронизнрующиеся коды, сигналы которых несут для приемника указания о том, в какой момент времени начать распознавание очередного бита (нли нескольких битов, если код ориентирован более чем на два состояния сигнала). Любой резкий перепад сигнала— фронт — может служить указанием на необходимость синхронизации приемника с передатчиком. При использовании синусоид в качестве несущего сигнала результирующий код обладает свойством самосинхронизации, так как изменение амплитуды несущей частоты дает возможность приемнику определить момент очередного такта. Распознавание и коррекцию искаженных данных сложно осуществить средствами физического уровня, поэтому чаще всего эту работу берут на себя протоколы, лежащие выше: канальный, сетевой, транспортный или прикладной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
