기본 개념. 디지털 TV 경로의 일반화된 블록 다이어그램. 신호; 신호의 코딩 및 양자화. 숫자 체계

신호(라틴어 signum에서 유래)-징후)- 관찰 중인 물체의 상태, 이벤트에 대한 정보를 전달하거나 제어 명령, 지침 및 경고를 전송하는 기호, 물리적 프로세스(또는 현상)입니다.

신호소스에서 소비자에게 전송되는 정보의 중요한 전달자입니다.

신호시간에 따라 변하는 물리적 과정이다. 이러한 프로세스에는 다양한 특성이 포함될 수 있습니다. 신호가 물리적 몸체와 상호 작용할 때 이러한 몸체의 속성에 등록할 수 있는 특정 변화가 발생합니다. 따라서 우리는 데이터가 등록된 신호라고 가정합니다. 데이터를 표현하는 데 사용되는 특성을 신호 매개변수라고 합니다. 신호 매개변수가 일련의 순차 값과 유한한 수의 값을 취하는 경우 신호를 호출합니다. 이산적이다.신호 매개변수가 연속 함수인 경우 신호를 연속이라고 합니다.

신호 양자화- 신호를 일련의 펄스(시간에 따른 신호 양자화)로 변환하거나 진폭이 단계적으로 변화하는 신호(레벨에 따른 신호 양자화)뿐만 아니라 시간과 레벨에 따라 동시에 변환합니다. 컴퓨팅 장치, 디지털 측정 장비 등에서 연속된 값을 코드로 변환할 때 사용됩니다.

물론 데이터는 정보를 전달하지만 정보와 동일하지는 않습니다. 데이터가 정보가 되기 위해서는 하나의 값을 다른 값으로 변환하는 방법이 필요합니다. 데이터는 정보의 변증법적 구성요소입니다. 기록 방식에 따라 다양한 유형의 미디어에 데이터를 저장하고 전송할 수 있습니다.

오늘날 가장 널리 사용되는 저장매체는 종이이다. 종이에는 표면의 광학적 특성을 변화시켜 데이터가 기록됩니다. 동시에 특정 파장 범위에서 표면의 반사율을 변경하는 것은 반사 코팅이 된 플라스틱 매체(CD ROM)에 레이저 빔으로 기록하는 장치에 사용됩니다. 현대 컴퓨터의 주요 저장매체 역할을 하는 자기테이프와 자기디스크는 신체의 자기적 성질의 변화를 이용한다. 사용자가 받은 정보의 속성은 이 정보가 수신되는 저장 매체의 속성과 밀접하게 관련되어 있습니다. 모든 매체는 매개변수로 특성화될 수 있습니다. 해결, 즉. 매체에 허용된 측정 단위로 기록된 데이터의 양, 동적 범위- 최대 및 최소 기록 신호의 진폭 강도에 대한 대수 비율. 완전성, 접근성 및 신뢰성과 같은 정보의 속성은 매체의 이러한 속성에 따라 달라집니다. 미디어 변화를 목적으로 데이터를 변환하는 작업은 컴퓨터 과학에서 가장 중요한 작업 중 하나입니다. 컴퓨팅 시스템 비용에서 저장 매체와 함께 작동하는 데이터 입력 및 출력 장치는 하드웨어 비용의 최소 절반을 차지합니다.

정보 프로세스에서 데이터와 방법의 변증 법적 통일성을 결정하면서 다음 개념이 정의됩니다.

정보의 동적 특성.데이터는 본질적으로 정적입니다. 정보는 동적으로 변경되며 데이터와 메소드가 상호 작용하는 순간에만 존재합니다. 따라서 정보는 정보가 처리되는 순간에만 존재합니다. 나머지 시간은 데이터 형태로 포함됩니다.

방법의 적절성에 대한 요구 사항.동일한 데이터라도 상호 작용하는 방법의 적절성 정도에 따라 소비 시점에 다른 정보를 제공할 수 있습니다. 보다 적절한 방법을 사용하면 보다 완전한 정보를 얻을 수 있습니다.

데이터와 방법 사이의 상호작용의 변증법적 성격.데이터는 객관적이며, 물질장이나 물체의 변화로 인해 발생하는 기존 신호를 객관적으로 기록한 결과입니다. 동시에 방법은 주관적입니다. 인공적인 방법은 알고리즘을 기반으로 합니다. 사람(주체)이 구성하고 준비한 명령의 순서화된 순서입니다. 자연적인 방법은 정보 처리 대상의 생물학적 특성을 기반으로 합니다.

따라서 정보는 객관적인 데이터와 주관적인 방법 사이의 변증 법적 상호 작용의 순간에 발생하고 존재합니다.

다양한 유형의 데이터와 다양한 정보를 포함하는 작업을 자동화하려면 프레젠테이션 형식을 통일하는 것이 매우 중요합니다. 이를 위해 일반적으로 코딩 기술이 사용됩니다.

코딩한 유형의 데이터를 다른 유형의 데이터로 표현한 것입니다.

자연적인 인간 언어는 말을 통해 생각을 표현하는 개념 코딩 시스템에 지나지 않습니다.

컴퓨팅에서는 숫자 정보를 사용하여 작업이 수행됩니다. 기타 정보: 텍스트, 사운드, 이미지 등 컴퓨팅 환경에서 처리하려면 숫자 형식으로 변환해야 합니다. 이 경우 모든 숫자는 소위 이진 코딩을 사용하여 컴퓨터 메모리에 기록됩니다. 이진 코딩은 데이터를 0과 1이라는 두 문자의 시퀀스로 표현하는 것을 기반으로 합니다. 이러한 문자를 이진 숫자라고 부르며 영어에서는 이진 숫자로 부르거나 (비트)로 축약합니다.

바이너리 코딩 시스템은 우연히 선택된 것이 아닙니다. 기술적으로 구현하기 쉽습니다. 바이너리 코드 처리를 위한 전자 회로는 "신호 켜짐/신호 없음" 또는 "높음/낮음" 전압 등 두 가지 상태 중 하나에 있어야 합니다. 회로는 한 상태에서 다른 상태로 쉽게 전환됩니다.

조금- 컴퓨터 기술의 최소 정보 단위. 하나의 이진수입니다.

8비트 그룹을 바이트라고 하며 컴퓨터 메모리에 정보를 기록하기 위한 기초를 제공합니다.

• 1024바이트 = 1KB(킬로바이트)
• 1024킬로바이트 = 1메가바이트(MB)
• 1024MB = 1기가바이트(GB)

정보가 컴퓨터 메모리에 어떻게 표현되는지 제대로 이해하기 위해 현대 컴퓨팅 도구에서 사용되는 다양한 숫자 체계를 고려해 보겠습니다.

표기법문자 집합을 사용하여 숫자의 이름을 지정하고 표현하는 규칙 집합입니다.

숫자 체계가 있습니다 위치적 및 비위치적.

비 위치 번호 시스템정해진 규칙에 따라 숫자의 자리 순서를 결정하는 시스템입니다. 예를 들어, 비위치 번호 시스템은 "로마" 시스템입니다.

위치 번호 시스템를 시스템이라고 합니다. 여기서 숫자의 숫자 순서는 이 숫자 시스템의 기본인 숫자의 거듭제곱에 의해 결정됩니다.

일반적으로 위치 번호 체계의 정수는 다음 표현식으로 나타낼 수 있습니다.

N(m) = k0 * m0 + k1 * m1 +…kn-1 * mn-1, 여기서

N(m) - m번째 숫자 체계의 숫자입니다.

m - 시스템 비트 심도(2진수, 8진수, 10진수, 16진수 시스템 m = 2; m = 8; m = 10, m = 16)

n - 숫자의 자릿수

k는 숫자의 숫자입니다.

현대 컴퓨팅 기술에서 사용되는 위치 숫자 시스템에서 숫자가 어떻게 작성되는지 생각해 봅시다.

십진수 시스템.

십진법의 기본은 10의 거듭제곱입니다. 이 체계의 숫자는 m = 10입니다. 십진수 체계는 10개의 숫자(0부터 9까지)를 갖습니다. 예를 들어 십진수 1957을 생각해 보겠습니다. 숫자는 4자리-4자리로 구성됩니다. n =4. 위의 공식을 사용하여 십진수 시스템의 숫자를 얻습니다.

N(10) = 7*100 + 5*101 + 9*102 + 1*103 = 1957

이진수 시스템.

이진법의 기본은 2의 거듭제곱입니다. 이 시스템의 자릿수 용량은 m = 2입니다. 이진수 체계는 2자리(0과 1)를 갖습니다. 예를 들어 이진수 100011B(이진수 체계의 B 식별자)를 생각해 보세요. 6자리 - 6자리로 구성된 숫자, 즉 n = 6. 위 공식을 사용하여 십진수를 얻습니다.

N(2) = 1*20 + 1*21 + 0*22 + 0*23 + 0*24 + 1*25 = 35, 즉 이진수 100011B = 십진수 35.

위치 번호 체계에서 숫자를 쓰는 데 동일한 숫자를 사용할 수 있습니다. 따라서 숫자 0과 1은 10진법과 2진법 모두에서 사용됩니다. 따라서 십진수가 아닌 숫자 체계의 숫자를 작성할 때 숫자 체계의 식별자인 문자를 사용하고 한 숫자 체계의 숫자를 다른 숫자 체계의 숫자와 구별할 수 있도록 하는 것이 일반적입니다.

8진수 체계

8진수 체계의 기본은 8의 거듭제곱입니다. 이 체계의 자릿수 용량은 m = 8입니다. 8진수 체계에는 8자리(0부터 7까지)가 있습니다. 예를 들어 8진수 573Q를 생각해 보세요(Q는 8진수 시스템 식별자입니다). 세 자리 숫자 - 세 자리 숫자로 구성된 숫자, 즉 n = 3. 위 공식을 사용하여 십진수를 얻습니다.

N(8) = 3*80 + 7*81 + 5*82 = 379, 즉 8진수 573Q = 10진수 379.

16진수 시스템.

16진수 체계의 기본은 16의 멱급수입니다. 체계의 숫자는 m = 16입니다. 16진수 체계는 16자리(0부터 F까지)로 이루어져 있으며, 0부터 9까지의 처음 10자리는 의 숫자와 일치합니다. 십진법, 그리고 숫자가 있습니다: A - 숫자 10 ; B - 11번; C - 12번; D - 13번; E - 14번; F는 숫자 15입니다. 예를 들어 16진수 1A7H(H는 16진수 시스템 식별자)를 생각해 보세요. 세 자리 - 세 자리로 구성된 숫자, 즉 n = 3. 위 공식을 사용하여 십진수를 얻습니다.

N(16) = 7*160 + 10*161 + 1*162 = 423, 즉 16진수 1A7H = 10진수 423.

위 공식을 사용하여 숫자 N(m)을 계산할 때마다 십진법으로 숫자를 얻습니다. 따라서 우리는 2차, 8차, 16차 체계의 숫자를 10진수 체계로 변환했습니다.

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이산형이온화, 양자화, 인코딩

아날로그 신호

컴퓨터 이전 시대에 존재했고 계속해서 성공적으로 작동하는 모든 기술 등록 및 정보 전송 방법은 아날로그 기술을 기반으로 합니다. 이러한 장치를 아날로그라고 부르는 이유는 소리와 같은 원래 신호의 레벨이 신호가 전송되는 전류의 레벨과 유사하기 때문입니다(한 신호는 다른 신호와 모양이 "유사"함). 최대한 일반적으로 말하면, 한 신호의 연속 값은 다른 신호의 지속적으로 변화하는 물리적 값에 의해 제공됩니다.

따라서 아날로그 기술은 무엇보다도 연속적인 정보 연속체(전송 프로세스에 개별 요소가 없고 "침묵"의 순간에도 중단이 없음)로 구별됩니다. 거의 같은 방식으로 우리는 시각이나 청각 기관을 통해 지속적으로 정보를 인식합니다.

소리의 전달은 마이크에서 공기 진동의 영향으로 멤브레인이 진동하고 압전 요소를 "흔들어" 기계적 작용이 전위를 생성한다는 사실로 구성됩니다. 회로에는 현재의 사운드 레벨에 해당하는 전류가 나타납니다. 따라서 마이크의 도움으로 음파가 전기 신호로 변환됩니다.

신호가 휴대폰에 도달하면 다른 멤브레인이 진동하게 됩니다. 전자석에 의해 끌어당겨지거나 반발되어 공기 진동이 발생하고 이에 따라 인간이 소리를 인식할 수 있는 조건이 제공됩니다. 인간의 귀는 음원이 가까운 위치에 있을 경우 상황과 거의 구별할 수 없는 신호를 인식하는 것이 특징입니다.

자연 신호를 전기 신호로 변환하고, 다시 전기 신호를 자연 신호로 변환하는 과정에서 신호 모양은 원래 신호와 유사하게 유지됩니다.

정보를 전달하는 아날로그 방식의 장점자연스러움과 지속성, 즉 들어오는 정보의 지속적인 흐름을 현재 가능한 한 완벽하게 표현하는 능력.

유정보 전송의 아날로그 원리에는 심각한 단점이 있습니다., 그 중 가장 중요한 두 가지를 언급해야 합니다. 감쇠 능력 및 간섭 감도.

아날로그 신호의 감쇠.

신호가 통신 회선을 통해 전송되면 전류의 형태가 됩니다. 그리고 모든 도체에는 극복해야 할 저항이 있기 때문에 이러한 불가피한 과정의 결과로 신호가 점차 약해집니다. 결과적으로 재생 장치에서 일정 거리를 지나면 유용한 신호가 눈에 띄게 감소하거나 소음 수준으로 완전히 감소합니다.

따라서 전기 신호는 완전한 감쇠 수준에서 멀리 떨어진 지점에서 정기적인 증폭이 필요합니다.

공기의 저항도 극복한 인간의 목소리는 무한정 퍼질 수 없습니다. 따라서 음성으로 신호를 전송해야 하는 경우 예를 들어 "청각도"를 보장할 수 있는 거리에 사람들의 체인을 구축하여 "손상된 전화기"의 상황을 제거할 수 있습니다. 그러나 음성은 매우 신뢰할 수 없는 신호 소스입니다. 깃발, 조명, 수기 신호 또는 신호등과 같은 시각적 신호가 더 자주 사용됩니다. 전화선 건설에도 거의 동일한 아이디어가 적용됩니다. 집에서 전화로 통화할 때, 예를 들어 사마르칸트에서는 사람들이 당신의 말을 완벽하게 잘 들을 수 있지만, 당신이 너무 큰 소리를 지르기 때문에 전혀 들리지 않습니다. 신호가 수백 킬로미터의 경로를 따라 주기적으로 증폭되어 자연적인 감쇠를 방지한다는 것이 분명합니다.

추간섭에 대한 저항

특정 순간에 신호의 모양이 변경되면 전송 프로세스 중에 모든 종류의 간섭(가장 일반적인 것은 대기 또는 산업, 강력한 기계 또는 자동차 점화 시스템의 작동, 시스템 자체 소음)입니다. 신호의 성격에 지속적으로 영향을 미칩니다. 결과적으로 신호 모양이 왜곡되어 "깨끗한" 전송이 방해됩니다.

조건부 정현파 신호에 대한 간섭의 영향은 주파수 세트를 추가한 결과 이상적인 모양을 변경하여 "사운드"에 다른 (추가) 음색 색상을 부여합니다.

전송된 신호에 대한 간섭의 영향(a - 유용한 신호, b - 간섭 방출, c - 진동 합계, 즉 간섭이 있는 신호)

추상적 파동의 예가 별로 마음에 들지 않는다면 돌풍이나 전화 수신기의 간섭이 음성 구별에 어떤 영향을 미치는지 상상해 볼 가치가 있습니다.

복사 문제. 품질 저하 이유.

이미 언급한 신호 증폭 필요성 외에도 감쇠 및 간섭 민감성은 또 다른 매우 불쾌한 결과를 초래합니다. 즉, 아날로그 정보를 복사할 때마다 품질이 급격히 저하됩니다. 모든 아날로그 시스템에 내재된 왜곡 축적 효과로 인해 아날로그 오디오 및 비디오 레코더에서 만들 수 있는 재녹음 횟수는 문자 그대로 몇 장으로 제한됩니다.

구성표 "원본 - 사본 1", "복사 1 - 사본 2", "복사 2 - 사본 3", "복사 3 - 사본 4" 등 특정하고 매우 적은 수의 단계 후에는 작동하지 않습니다. 동시에, 각 후속 사본의 품질이 이전 사본보다 눈에 띄게 나쁘다는 것이 모든 사람에게 분명합니다.

따라서 아날로그 시스템에서는 "원본 - 사본 1", "복사 1 - 사본 2", "복사 1 - 사본 3", "복사 1 - 사본 4"등의 다른 구성표에 따라 정보가 복사됩니다. 이는 다음 조건을 보장합니다. 정보 소스와 최종 소비자 사이에는 중간 단계가 가능한 한 적어야 합니다. 그들 각각은 필연적으로 자체 간섭과 오류를 발생시킵니다.

물론 이 명령은 "체인" 방식으로 정보를 복사하고 유포하는 것을 금지합니다. 더욱이 이러한 단점은 근본적이며 "수정할 수 없다"고 말하는 점에 유의해야 합니다.

매우 복잡한 기술적 세부 사항을 무시한다면 그 이유는 전송되는 아날로그 정보의 초기(참조) 상태가 고정되어 있지 않기 때문입니다. 통신 회선은 특정 순간에 실제로 존재하는 신호를 전달합니다. 그리고 증폭기는 신호를 원래 레벨로 "올리는" 것이 아니라 신호가 "도달"하는 형태로만 증가시킵니다. 예를 들어, 유용한 신호 대신에 증폭기가 딱딱거리는 소리와 잡음을 수신하면 그 신호도 증폭하거나 그 신호만 증폭해야 합니다.

예를 들어, 특정 볼륨의 특정 사운드 신호가 전송되고 재생 순간의 현재 레벨이 전송이 이루어진 레벨보다 낮으면 결과 신호의 볼륨이 너무 줄어들어 조용한 소리가 날 수 있습니다. 완전히 사라집니다(신호가 완전히 사라질 수도 있음). 이 경우 신호가 원래 신호와 일치하지 않는지 확인할 수 있는 실질적인 방법이 없습니다. 실제로 전송된 사운드는 조용해야 하거나 이때 일시 중지가 "전송"되어야 합니다. 물론 처음부터 전송된 신호가 무엇인지에 대한 데이터를 저장하는 기술적인 가능성이 있었고 다른 장치에 대한 입력에서 이 정보(이상적인 신호)와 일치하는지 확인할 수 있었다면, 그렇다면 절대적으로 정확한 재생산을 보장하는 것이 가능할까요?

이는 어떤 방법으로도 극복할 수 없는 근본적인 한계의 본질이다. 전송된 아날로그 정보는 연속 신호의 연속적인 연속체입니다. 이 경우 특정 순간의 신호는 어떤 표준과도 비교되지 않고 이전 신호 레벨과만 (우리의 인식으로는) 상관관계가 있습니다.

아날로그 신호의 특징.

아날로그 신호는 멜로디(오르락 내리락하는 목소리)에 비유될 수 있습니다. 서로에 대한 음의 관계가 존중된다면 멜로디는 더 높거나 낮은 음으로 유지될 수 있습니다. 따라서 실내악 가수들은 연주 전에 자신의 목소리 상태를 고려하여 반주자와 연주 수준(음조)에 대해 합의합니다. 정보를 전송하는 아날로그 방법에는 원래 신호와의 일치성, 연속성, 신호에 대한 정보를 저장할 필요가 없다는 중요한 이점이 있습니다. 그러나 아날로그 방법에는 간섭에 대한 민감성과 감쇠 능력이라는 중요한 단점도 있습니다.

객관적인 현실에서 이것이 정보를 전송하는 유일한 방법이기 때문에 아날로그 신호에 대한 아이디어가 필요합니다. 인간의 모든 감각은 아날로그 신호를 처리합니다. 기술 시스템에 사용되는 모든 정보도 아날로그 신호로 시작하고 끝납니다.

그리고 기존 정보를 디지털 기술과 연결하는 기술 장치에도 아날로그 전송 원리에 대한 지식이 필요하므로 이를 디지털 형식으로 더 변환해야 합니다. 위에 제시된 정보는 아날로그 신호의 본질을 표현하기에 충분합니다.

디지털 신호

1. 펄스 신호. 감쇠 극복.

정보를 전송하고 기록하는 또 다른 원리는 신호의 펄스 형태입니다. 이 형식은 신호가 짧고 동일한 전류 펄스로 전송되기 때문에 이름이 붙여졌습니다. 특정 순간에 전류는 두 가지 레벨을 가질 수 있습니다.

참조. 전기 신호와 관련하여 "임펄스"라는 단어("블로우" 또는 "푸시"로 번역되는 라틴어 "impulsus"에서 유래)는 일부 상수 값에서 전압 또는 전류가 단기적으로 편차되는 것을 의미합니다.

이 신호 전송 방법을 사용하면 위에서 언급한 아날로그 신호의 단점을 극복할 수 있습니다.

2. 감쇠 극복

기술적인 세부 사항을 다루지 않고도 두 신호 레벨 사이(또는 신호 존재와 부재 사이)의 상당한 범위가 감쇠를 줄이고 신호 식별력을 높이는 조건을 생성한다는 점을 주목할 가치가 있습니다(예: 일반적인 감소의 경우). 네트워크 전압에서.

실제로, 상당히 상당한 "강도" 마진을 통해 수신, 전송 및 재생 장치가 현재 처리 중인 레벨을 쉽게 "파악"할 수 있습니다. 또한 이 두 수준은 이전에 알려진 (표준) 값을 갖고 있어 제어가 어렵지 않고 복원도 쉽습니다.

3. 신호 모니터링 가능성

펄스 신호를 아날로그 신호(현재 레벨의 지속적이고 다양한 변화를 특징으로 함)와 비교하면 이러한 신호에서는 신호에 대한 대략적인 정보조차 얻을 수 없기 때문에 완전한 지루함을 느낄 수 있습니다. : 소리가 큰지 조용한지, 빠른지 느린지, 톤이 높아지거나 낮아지는지 등 그러나 성급한 결론을 내려서는 안됩니다. 지루한 충동에는 한 가지 매우 중요한 이점이 있습니다. 즉, 충동을 셀 수 있다는 것입니다! 따라서 이 유형을 펄스-디지털 정보 전송 방식이라고도 합니다. (모든 아름다움에도 불구하고 "비틀림"이라는 아날로그를 셀 수 없다는 것이 분명합니다).

이러한 신호 세트 전송을 시작할 때 펄스 수를 지정하여 전송의 신뢰성을 확인할 수 있습니다. 전송 결과 번호가 일치하지 않으면 재전송이 발생합니다. 따라서 신호가 손실되거나 변경될 수 없습니다. 항상 원래 상태를 확인할 수 있습니다.

예를 들어 회선에 오류가 발생하여 일정 기간 동안 전송이 불가능할 경우 복구되면 신호 세트가 반복됩니다.

4. 에 대한제한된 복사 기능.

펄스 전송 방식의 가장 인상적인 장점은 정보 복사와 관련이 있습니다. 아날로그 정보 복사 방식을 상기하고 이를 "원본 - 사본 1", "복사 1 - 복사 2", "복사 2 - 복사"라는 특성을 갖는 펄스 정보 전송 방법의 복사 방식과 비교해 보겠습니다. 3", "복사 3 - 복사 4",…, "복사 999 - 복사 1000" 등 무한대로 계속됩니다. 사실, 모든 사본은 100분의 1, 어쩌면 백만분의 1이라도 원본과 완전히 동일합니다. 왜? 복사는 상대적으로 간단하고 (가장 중요한!) 계산된 자극을 전송하는 것으로 구성되기 때문입니다.

하지만 이 놀라운 이점은 불쾌한 결과도 초래합니다. 왜냐하면... 이는 불법 복제 및 타인의 지적 재산 도용을 위한 이상적인 온상을 제공합니다.

5. 펄스 신호의 일반적인 특성

정보 전송의 펄스 방법은 주로 다음과 같은 중요한 장점을 가지고 있기 때문에 흥미를 끕니다.

ь 감쇠 및 간섭에 대한 저항;

b 원래 신호와 일치하도록 전송된 신호를 제어하는 ​​능력.

이러한 특성조차도 펄스 특성이 컴퓨터 기술의 기초로 간주되는 이유를 이해하기에 충분합니다.

예-은유

ADC와 DAC 사이의 전송 단계는 펄스-디지털 단계, 줄여서 디지털 단계입니다. 실제로 일련의 펄스를 사용하면 신호 자체(예: 소리 또는 이미지)를 나타내지 않고 암호화된 형식(코드)만 나타내는 특정 숫자가 전송됩니다. 간단히 말해서, 정확히 동일한 자극의 시퀀스에 의해 전송되는 정보는 원래 정보와 "유사"(형식 일치)할 수 없습니다. 펄스 세트는 일련의 코드입니다.

언뜻 보면 두 개의 추가 장치로 인해 회로가 복잡해지는 것이 큰 단점처럼 보일 수 있습니다. 사실 이는 특히 기술 시스템과 생산 분야에서 통일이 항상 가져오는 엄청난 이점입니다.

다양한 품목의 운송을 개별적으로, 통합적으로 비교해 볼 가치가 있습니다. 각 품목에 대해 고유한 특수 포장을 만드는 것과 보관, 이동 및 설명이 쉬운 하나 또는 두 개의 표준 상자를 제공하는 것은 전혀 다른 것입니다. 특히 "회계"의 가능성에 주목할 가치가 있습니다. 우리는 때가 되면 이것을 기억할 것입니다.

컴퓨터 기술에는 자연이 인간에게 제공한 감각과 사고가 없습니다. 작동을 위해서는 가장 단순하고 균일한 유형의 신호, 즉 펄스 신호가 필요합니다.

펄스 신호의 주요 특징은 동일한 펄스가 정보 신호와 함께 개수를 계산하고 전송하기 쉽다는 점입니다. 이를 통해 정보를 절대적으로 안정적으로 복사할 수 있습니다.

또한, 다양한 형태의 정보가 어떻게 인코딩되는지, 이러한 코드가 어디서 오는지, 어떻게 수신, 전달 및 사용할 수 있는지 등을 살펴보겠습니다. 매우 널리 사용되는 형식의 코딩 기본 사항을 고려하십시오.

그러나 먼저 정보 전송의 기술적 문제에서 코딩의 수학적 기초로 이동하는 것이 필요합니다.

6. 디아날로그 신호 샘플링.

가장 먼저 주목해야 할 것은 한 축을 따른 진폭의 변화입니다. 우리는 이것이 시간 축이라는 데 동의할 수 있습니다(비록 원칙적으로 이는 추상적인 예에서는 중요하지 않지만).

7. 등간격으로 나누기

첫 번째 작업으로 이 축을 특정 간격으로 나누는 것이 필요합니다. 아마도 시간 간격이 될 것입니다.

이러한 분할의 목적은 간단합니다. 이는 이산 요소를 얻는 유일한 방법이며 이전에 "강제" 이산화로 정의한 인공 기술이 사용된다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

실제로 선택한 간격은 기본적으로 신호 내용을 고려하지 않고 냉혈하게 "살아있는 부분을 잘라내는" 것입니다. 이것이 "강제" 샘플링 프로세스의 핵심입니다.

이 특별한 경우에는 이산화가 선형적입니다. 왜냐하면 하나의 좌표만 사용됩니다(등분할 간격으로 발생하는 하나의 선).

일반적인 경우 간격은 다를 수 있지만 두 가지 질문에 답해야 합니다. 첫째, 필요한 의미 지점에 도달하는 방법, 둘째, 각각의 이산 간격으로 서로 다른 기간의 값을 전달하는 방법입니다. . 이러한 모든 조치는 기술 구현에 중점을 두고 있다는 점을 잊지 마십시오. 그리고 기술은 기계적이고 명확한 작업을 수행하는 "경향"이 있습니다.

어떤 방식으로든 결과 간격을 "표시"하는 것은 매우 유용합니다. 예를 들어 0, 1, 2, 3 등의 자연 숫자 계열을 사용하여 번호를 매깁니다.

샘플링 프로세스가 완료되었다고 간주할 수 있습니까? 별말씀을요. 결국, "강제 샘플링"을 거친 아날로그 신호 곡선은 전혀 변하지 않았으며 아직 어떤 요소도 얻을 수 없었습니다.

실제로 신호가 분할되는 "샘플"의 수는 분명히 충분하지 않습니다. 이 경우("이산 간격"의 수 측면에서) 동일한 길이의 모든 신호는 동일한 수의 "이산 간격"으로 구성되기 때문에 동일하게 보일 수 있지만 간격 내에서는 신호가 완전히 다릅니다. .

신호 아날로그 펄스 잡음

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디지털 정보 전송 시스템의 매개변수. 메시지를 시간별로 구분합니다. 레벨별 샘플 양자화, 코딩 및 오류. 선형 신호 생성, 스펙트럼 계산. 다중 채널 전송 시스템의 블록 다이어그램 개발.

코스 작업, 2012년 4월 19일에 추가됨


전송된 신호의 스펙트럼. 메시지를 시간별로 구분합니다. 레벨별 판독값의 양자화 및 코딩, 오류 계산. 선형 신호 형성, 스펙트럼 계산. 다중 채널 전송 시스템의 블록 다이어그램 개발.

코스 작업, 2014년 7월 6일에 추가됨


신호의 개념, 정보 메시지와의 관계. 아날로그 신호를 디지털 형식으로 변환하는 데 필요한 주요 작업인 샘플링, 양자화 및 인코딩, 적용 범위 및 주요 장점.

테스트, 2009년 6월 3일에 추가됨


정보 전송 시스템의 구조 다이어그램 분석. 펄스 코드 변조 신호의 잡음 방지 코딩. 디지털 변조 신호의 특성. 디지털-아날로그 변환을 통한 연속 파형 재구성.

과정 작업, 2017년 11월 14일에 추가됨


정보를 인코딩하는 방법을 검토하고 이를 전송하는 시스템을 구축합니다. 펄스 코드 변조의 기본 원리. 신호의 시간 샘플링, 진폭 양자화. 수신 장치를 구성하는 가능한 방법. 구조 다이어그램 계산.

논문, 2011년 9월 22일에 추가됨


개별 통신 시스템. 차동 펄스 코드 변조. 레벨 양자화 및 신호 코딩. 펄스 코드 변조를 사용하는 통신 시스템의 잡음 내성. 디지털 비트 전송률. 적분기 입력의 펄스 신호.

초록, 2011년 3월 12일에 추가됨


개별 정보 전송 네트워크의 블록 다이어그램. SPDI의 선형 및 비선형 왜곡 원인, 주파수 응답 및 위상 응답의 정규화. DI 전송 중 캐리어 유형, 변조 형태 및 신호 스펙트럼. 직사각형 및 정현파 모양의 UES.

컴퓨터를 사용하여 정보가 연속 (아날로그) 신호로 표시되는 다양한 장치 (객체, 프로세스)의 정보를 처리하는 경우 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해야합니다. 이 신호의 진폭에 비례하는 숫자로 신호를 보내고 그 반대도 마찬가지입니다. 일반적으로 아날로그에서 디지털로의 변환 절차는 세 단계로 구성됩니다.

견본 추출;

레벨별 양자화;

코딩.

아래에 견본 추출 연속 시간 함수를 이산 시간 함수로 변환하는 것을 이해하고 이산화 프로세스 자체는 연속 함수를 고정 시간의 개별 값으로 대체하는 것으로 구성됩니다.

이산화는 균일하거나 비균일할 수 있습니다. 불균일 샘플링의 경우 샘플 간 간격의 지속 시간이 다릅니다. 가장 일반적으로 사용되는 방법은 균일 샘플링(uniform sampling)이며, 이는 샘플 간 간격의 지속 시간입니다. TD, 끊임없는. 샘플링 기간 TD연속 신호 그리고(티)(그림 1a)는 Kotelnikov의 정리에 따라 선택됩니다.

어디 F in- 신호 주파수 스펙트럼에서 가장 높은 주파수 그리고(티)(그림 1b)

쌀. 1.아날로그에서 디지털로의 변환 과정

아래에 양자화 연속적인 값 척도를 갖는 수량을 이산적인 값 척도를 갖는 수량으로 변환하는 것을 이해합니다.

이를 위해 신호 값의 전체 범위 너(티),규모라고 불리는 것은 동일한 부분으로 나누어집니다 - 퀀타, 시간 -양자화 단계. 양자화 프로세스는 순간적인 값을 허용된 값의 유한한 집합 중 하나로 대체하는 것으로 요약됩니다. 양자화 수준.

신호 유형 그리고(티)공동 샘플링 및 양자화 작업의 결과가 그림 1에 나와 있습니다. 1c). 샘플링된 신호 값 너(티),두 양자화 수준 사이에 위치한 양자화 수준은 가장 가까운 양자화 수준으로 식별됩니다. 이로 인해 양자화 단계(양자)보다 항상 작은 양자화 오류가 발생합니다. 즉, 양자화 단계가 작을수록 양자화 오류는 작아지지만 양자화 수준은 높아집니다.

그림에서 양자화 수준의 수는 다음과 같습니다. 1 c)는 8과 같습니다. 일반적으로 훨씬 더 많습니다. 레벨에 번호를 매기고 이진수 시스템으로 표현할 수 있습니다. 8개 레벨의 경우 이진수 세 자리이면 충분합니다. 이 경우 각 개별 신호 값은 두 레벨의 신호 시퀀스 형태로 이진 코드(표 1)로 표시됩니다.

표 6.1

특정 위치에 펄스가 있는지 여부는 이진수의 해당 비트에서 1 또는 0으로 해석됩니다. 디지털 형태의 신호 표현 그리고(티)그림에 표시됩니다. 1g). 가장 중요한 펄스는 맨 오른쪽에 있습니다.

Τιᴋᴎᴍ υϬᴩAAᴈυᴍ, 아날로그 신호의 샘플링, 양자화 및 인코딩 결과로 시퀀스를 얻습니다. N-샘플링 기간에 따른 비트 코드 조합 티엘.동시에 샘플링 및 양자화 작업을 합리적으로 구현하면 수신된 정보의 저장 및 처리 비용을 줄이고 정보 처리 시간을 단축하여 상당한 경제적 효과를 얻을 수 있습니다.

실제로 아날로그 신호를 디지털 형식으로 변환하는 작업은 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 사용하여 수행됩니다. 숫자를 전기 전압, 전류 등의 형태로 표현되는 비례적인 아날로그 값으로 변환하는 역 문제를 해결하기 위해 디지털-아날로그 변환기(DAC)가 사용됩니다. DAC에서 각 이진 코드 패턴은 아날로그 신호로 변환되고 출력은 주기가 있는 진폭 변조 펄스 시퀀스를 생성합니다. 티엘.

디지털 통신 채널을 통해 음성 신호를 전송하려면 샘플링, 양자화, 코딩의 3단계로 구성된 아날로그-디지털 변환(ADC) 절차가 필요합니다. 샘플링은 일정한 간격으로 개별 신호 값을 취하는 절차입니다.

또한 더 많은 레벨을 사용할수록 수신단에서 신호를 원래 형태로 복원하는 것이 더 정확하게 가능해집니다.

대부분의 신호는 초기에 아날로그 형태로 생성됩니다. 그런 다음 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 사용하여 디지털 신호로 변환됩니다. 나중에 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 사용하여 다시 아날로그 신호로 변환됩니다. 이 변환기는 모든 디지털 시스템의 필수적인 부분입니다.
아날로그 신호 - 샘플링 - 양자화 - 인코딩 - 디지털 신호
견본
아날로그 신호에서 전압 진폭은 시간이 지남에 따라 지속적으로 변합니다. 샘플링 시 일정한 간격으로 진폭을 읽습니다. 이 샘플링 속도 또는 샘플링 속도에 따라 판독이 수행되는 시간이나 빈도가 결정됩니다. 샘플링 속도가 너무 높으면 변환 정확도는 높아지지만 필요한 대역폭으로 인해 설계 및 구성 요소 비용이 크게 증가합니다. 샘플링 속도가 너무 낮으면 최종 결과가 아날로그 신호와 정확하게 일치하지 않을 수 있습니다.
양자화
양자화는 모든 샘플을 디지털 형식으로 표현하는 프로세스입니다. 샘플 폭은 두 샘플 사이의 아날로그 신호 변화입니다. 평균값은 일반적으로 샘플 폭의 디지털 값을 나타내는 데 사용됩니다. 샘플 크기는 샘플을 양자화하는 데 사용되는 양자화 수준을 결정합니다. 8비트를 사용하면 256개의 양자화 레벨을 제공하고, 12비트를 사용하면 4096개의 레벨을 제공합니다. 더 많은 비트를 사용하면 샘플링 정확도가 높아지지만, 이로 인해 전송할 비트 수가 늘어나므로 더 넓은 대역폭을 사용해야 합니다. 이러한 이유로 대부분의 디지털 시스템은 8비트를 사용하여 샘플을 양자화합니다.
코딩
인코딩은 아날로그-디지털 변환 프로세스의 마지막 단계입니다. 인코딩 과정에서 각 샘플마다 바이너리 코드로 표현된 값이 생성됩니다. 또한 인코딩에는 다른 장비에 데이터 해석 방법을 알려주는 비트, 클럭 펄스 끝 정보, 프레임 시작 정보, 정보 전송 및 저장 오류를 줄이기 위한 오류 보호 비트가 포함됩니다.
오류 방지
인코딩 중에 추가 비트를 추가하면 오류 방지가 달성됩니다. 이는 수신 측에서 인식됩니다. 이 비트가 변경되면 시스템은 오류가 발생한 것으로 이해합니다.
오류:
ADC 오류의 원인은 여러 가지가 있습니다. 양자화 오류와 (ADC가 선형이어야 한다고 가정할 때) 비선형성은 모든 아날로그-디지털 변환에 내재되어 있습니다. 또한, 클럭 생성기의 지터로 인해 발생하는 소위 조리개 오류가 있습니다. 이는 신호를 하나의 샘플이 아닌 전체로 변환할 때 나타납니다.
이러한 오류는 LSB(최하위 비트)라는 단위로 측정됩니다. 위의 8비트 ADC 예에서 1LSB의 오류는 전체 신호 범위의 1/256, 즉 0.4%입니다.