Данные и сигналы

Различают два типа данных — аналоговые и цифровые. Источниками аналоговых данных являются телефоны, видеокамеры, звуко- и видеовоспроизводящая аппаратура, а источниками цифровых — компьютеры и вычислительные устройства.

В общем случае аналоговые данные являются функцией времени, принадлежат ограниченному спектру частот, и, следовательно, их можно представить электромагнитным сигналом, имеющим аналогичный спектр. Цифровые же данные можно представить цифровыми сигналами, в которых используется два уровня постоянного напряжения: один уровень, например высокий, представляет двоичную единицу, а второй — двоичный нуль.

Однако существующие возможности этим не исчерпываются: цифровые данные можно представить аналоговыми сигналами, а аналоговые данные — цифровыми сигналами. Преобразование данных в сигналы может быть выполнено различными способами. Цифровые данные преобразуются в аналоговый сигнал с помощью модема, который преобразует серию двоичных импульсов напряжения в аналоговый сигнал, занимающий определенный спектр частот с центром на несущей частоте и способный распространяться в среде, подходящей для этой несущей частоты. Для большинства модемов этот спектр частот совпадает со спектром речи, что позволяет передавать эти данные по обычным голосовым телефонным линиям.

Для преобразования аналоговых данных в цифровые сигналы используют так называемую дискретную модуляцию, основанную на дискретизации непрерывных процессов как по амплитуде, так и по времени. Затем дискретные значения оцифровываются. Простейшим методом в этом случае является импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) (рис. 3.34), которая широко применяется в цифровой телефонии. ИКМ опирается на теорему о дискретном представлении, которая формулируется следующим образом:

Если из сигнала f(t) через постоянные промежутки времени производится выборка, причем скорость выборки больше, чем удвоенная максимальная частота сигнала, то такие выборки содержат всю информацию об исходном сигнале.

Отметим, что эти выборки являются аналоговыми и для их преобразования в цифровые каждой из них должен быть присвоен двоичный код. Операцию преобразования в этом случае выполняет устройство, называемое аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Данные по каналам связи передаются в виде последовательности нулей и единиц, т.е. в цифровой форме. Таким образом, данные могут кодироваться в сигналы разными способами (рис. 3.35).

Диаграмма ИКМ

Рис. 3.34. Диаграмма ИКМ:

а,— а4 — амплитуды оцифрованного сигнала; t,—14 — моменты квантования (t2 — t, = t4 —13 = Т = —L- — шаг квантования)

Преобразование данных в сигнал

Рис. 3.35. Преобразование данных в сигнал

Поскольку в аналоговых средствах связи используются определенные диапазоны частот, то с целью генерации сигнала x(t) нужного диапазона аналоговые данные g(t) модулируются некоторой несущей частотой fH (модуляция — процесс кодирования исходных данных несущим сигналом с частотой fH).

Преобразование выполняется с помощью модема, после чего эти данные могут передаваться по аналоговой линии связи. Основными технологиями кодирования в этом случае являются амплитудная, частотная и фазовая модуляции. Суть любой из них заключается в видоизменении одной или нескольких характеристик несущей частоты с целью представления двоичных данных.

В основе преобразования аналоговых данных (речь, видеоизображение и др.) в цифровой сигнал лежит дискретизация — квантование непрерывных сигналов по времени и по уровню (см. рис. 3.10). Принципы квантования непрерывных сигналов рассмотрим на примере ИКМ. Амплитуда исходной непрерывной функции измеряется с заданным периодом (см. рис. 3.34), что обеспечивает дискретизацию по времени. Затем каждый замер представляется в виде двоичного числа определенной разрядности, что означает дискретизацию по уровню — непрерывное множество возможных значений амплитуды заменяется дискретным множеством ее значений. Подобную функцию и выполняет АЦП (кодирует аналоговые данные потоком битов).

Простейшей формой цифрового кодирования цифровых данных является присвоение одного уровня напряжения двоичному нулю, а другого — двоичной единице. Для увеличения производительности используются и другие, более сложные схемы, заключающиеся в изменении спектра сигнала и предоставлении возможности синхронизации.

Таким образом, любую информацию, как аналоговую (речь, изображение, видео и др.), так и цифровую (цифровые данные), можно кодировать аналоговыми или цифровыми сигналами. Выбор конкретной системы кодирования зависит от требований, которым она должна отвечать, и имеющихся сред и средств связи.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >