Analoginen signaali. Analoginen ja digitaalinen signaali. Signaalityypit ja niiden toiminta

Analoginen signaali on datasignaali, jossa jokainen edustava parametri on kuvattu ajan funktiolla ja jatkuvalla mahdollisten arvojen joukolla.

Signaaleja on kaksi - avaruus L (jatkuvat signaalit) ja avaruus l (L pieni) - sekvenssien avaruus. Avaruus l (L pieni) on Fourier-kertoimien avaruus (laskettavissa oleva joukko lukuja, jotka määrittelevät jatkuvan funktion määritelmäalueen äärellisellä aikavälillä), avaruus L on jatkuvien (analogisten) signaalien avaruus alueen yli. määritelmästä. Tietyissä olosuhteissa avaruus L kartoitetaan yksiselitteisesti avaruuteen l (esimerkiksi kaksi ensimmäistä Kotelnikovin diskretisointilausetta).

Analogisia signaaleja kuvataan jatkuvilla ajan funktioilla, minkä vuoksi analogista signaalia kutsutaan joskus jatkuvaksi signaaliksi. Analogiset signaalit erotetaan diskreetistä (kvantisoitu, digitaalinen). Esimerkkejä jatkuvista avaruuksista ja vastaavista fysikaalisista suureista:

suora: sähköjännite

ympyrä: roottorin, pyörän, vaihteen, analogisten kelloosoittimien tai kantoaaltosignaalin vaiheen sijainti

segmentti: männän, ohjausvivun, nestelämpömittarin tai amplitudiltaan rajoitetun sähköisen signaalin asento erilaisia ​​moniulotteisia tiloja: väri, kvadratuurimoduloitu signaali.

Analogisten signaalien ominaisuudet ovat suurelta osin päinvastaiset kuin kvantisoidun tai digitaalisen signaalin.

Selkeästi erotettavissa olevien diskreettien signaalitasojen puuttuminen tekee mahdottomaksi soveltaa informaation käsitettä siinä muodossa kuin se ymmärretään digitaalitekniikassa kuvaamaan sitä. Yhden lukeman "informaation määrää" rajoittaa vain mittauslaitteen dynaaminen alue.

Ei redundanssia. Arvoavaruuden jatkuvuudesta seuraa, että signaaliin tuotu kohina on mahdotonta erottaa itse signaalista, joten alkuperäistä amplitudia ei voida palauttaa. Itse asiassa suodatus on mahdollista esimerkiksi taajuusmenetelmillä, jos tämän signaalin ominaisuuksista (erityisesti taajuuskaistasta) tiedetään jotain lisätietoa.

Sovellus:

Analogisia signaaleja käytetään usein edustamaan jatkuvasti muuttuvia fyysisiä suureita. Esimerkiksi termoparista otettu analoginen sähköinen signaali kuljettaa tietoa lämpötilan muutoksista, mikrofonista tuleva signaali ääniaallon paineen nopeista muutoksista jne.

2.2 Digitaalinen signaali

Digitaalinen signaali on datasignaali, jossa jokainen edustava parametri on kuvattu diskreetillä aikafunktiolla ja äärellisellä joukolla mahdollisia arvoja.

Signaalit ovat erillisiä sähkö- tai valopulsseja. Tällä menetelmällä koko viestintäkanavan kapasiteetti käytetään yhden signaalin lähettämiseen. Digitaalinen signaali käyttää koko kaapelin kaistanleveyttä. Kaistanleveys on ero suurimman ja pienimmän taajuuden välillä, joka voidaan lähettää kaapelilla. Jokainen laite tällaisissa verkoissa lähettää tietoja molempiin suuntiin, ja jotkut voivat vastaanottaa ja lähettää samanaikaisesti. Kapeakaistaiset järjestelmät (kantataajuus) lähettävät dataa yhden taajuuden digitaalisen signaalin muodossa.

Diskreetti digitaalinen signaali on vaikeampi lähettää pitkiä etäisyyksiä kuin analoginen signaali, joten se esimoduloidaan lähettimen puolella ja demoduloidaan tiedon vastaanottimen puolella. Algoritmien käyttö digitaalisen tiedon tarkistamiseen ja palauttamiseen digitaalisissa järjestelmissä voi merkittävästi lisätä tiedonsiirron luotettavuutta.

Kommentti. On pidettävä mielessä, että todellinen digitaalinen signaali on fyysiseltä luonteeltaan analoginen. Kohinasta ja siirtolinjan parametrien muutoksista johtuen siinä on vaihteluita amplitudissa, vaiheessa/taajuudessa (värinä) ja polarisaatiossa. Mutta tämä analoginen signaali (pulssi ja diskreetti) on varustettu luvun ominaisuuksilla. Tämän seurauksena on mahdollista käyttää numeerisia menetelmiä (tietokonekäsittely) sen käsittelemiseen.

Viime aikoina tietoverkkoon on alkanut ilmestyä yhä enemmän tietoa siirtymisestä analogisesta digitaaliseen lähetykseen, minkä yhteydessä tästä aiheesta herää monia kysymyksiä, jotka herättävät kaikenlaisia ​​huhuja ja olettamuksia. Tässä artikkelissa haluan selittää eron "analogisen" ja "digitaalisen" lähetyksen välillä kielellä, joka on tavallisen käyttäjän saatavilla ja ymmärrettävissä (ainakin niin pitkälle kuin mahdollista).

Signaalit lähetettiin alun perin alkuperäisen signaalin kaltaisella aaltomuodolla, toisin kuin uudet digitaaliset signaalit, jotka lähetetään binäärikoodina. Analogiset signaalit olivat erittäin tehokkaita ja ne pystyttiin poimimaan suurilta etäisyyksiltä, ​​mutta ne veivät myös huomattavan määrän kaistanleveyttä.

Elektronisäde, joka vapautuu putken takaosasta putken etuosassa olevaan näyttöön, valaisee näytöllä olevat fosforit. Moduloimalla näytön säteen kirkkautta ja värikoodausta voidaan luoda täydellinen kuva. Säde muutti tiettyä kuvaa hieman sekunnin murto-osan välein, huijaten silmäsi kuvittelemaan kuvan liikkuvan.

Ensin selvitetään, mikä "analoginen" signaali on.

Analoginen signaali

Kuten aina, selitän yksinkertaisella esimerkillä. Otetaan esimerkiksi äänitietojen siirto henkilöltä toiselle.

Keskustelun aikana äänihuultemme lähettävät tiettyä värähtelyä, jonka tonaalisuus (taajuus) ja voimakkuus (äänisignaalin taso) vaihtelevat. Tämä värähtely, joka on kulkenut tietyn matkan, tulee ihmisen korvaan ja vaikuttaa siellä niin kutsuttuun kuulokalvoon. Tämä kalvo alkaa värähtelemään samalla taajuudella ja värähtelyvoimakkuudella kuin äänijohdomme lähettävät, sillä ainoalla erolla, että värähtelyn voimakkuus heikkenee jonkin verran etäisyyden ylittämisen vuoksi.
Joten puhepuheen siirto henkilöltä toiselle voidaan kutsua turvallisesti
analogisen signaalin siirtoon, ja tässä miksi.

Aluksi analogiset televisiot lähettivät mustavalkoisia lähetyksiä, mikä voitaisiin tehdä yksinkertaisesti muuttamalla elektronisäteen intensiteettiä. Kun väri saapui, signaaliin koodattiin uutta tietoa, jolloin televisiot pystyivät tulkitsemaan tiettyjä värejä. Käytettiin kolmea päätyyppiä värikoodausta.

Luulen, että olemme selvittäneet "analogisen signaalin"

Lisäksi katodisädeputket vaativat ison rakenteen tukeakseen, ja ne rajattiin 480 pystyviivaan kuvan luomiseksi. Tässä on hyvä uutinen: vanha analoginen televisio toimii satelliittiantennin kanssa myös digitaalisen muuntamisen jälkeen.

Tässä on kysymys siitä, että äänihuulet lähettävät samaa äänivärähtelyä, jonka ihmiskorva itse havaitsee (kuulemme mitä sanomme), eli lähetetyllä ja vastaanotetulla äänisignaalilla on samanlainen pulssimuoto ja saman taajuusspektrin äänivärähtely, tai toisin sanoen "analoginen" äänivärähtely.

Asenna oma satelliittiantenni tai asenna se itse valmistajan ohjeiden mukaan. Yhdistä satelliitti satelliittiantenniin. Liitä subwoofer televisioon. Liitä koaksiaalijohto TV Out -porttiin.

Viritä televisiosi kanavalle. Soita satelliittipalveluntarjoajalle aktivoidaksesi satelliittivastaanottimesi. Tarkista ostaa korkealaatuista lankaa; mitä parempi johto, sitä parempi kuva ja ääni. Satelliittiantenni Satelliittivastaanotin Aksiaalijohto. . Jack Gorman on ollut mukana monilla ammattiuransa osa-alueilla. Hänen erikoisalaansa ovat elokuva- ja videotuotanto, urheilujohtaminen, kirjoittaminen, web-graafinen suunnittelu, markkinointi, viestintä, operaatiot, henkilöstöresurssit ja valokuvaus.

Tässä se on mielestäni selvää.

Katsotaanpa nyt monimutkaisempaa esimerkkiä. Ja tätä esimerkkiä varten otetaan yksinkertaistettu kaavio puhelimesta, toisin sanoen puhelimesta, jota ihmiset käyttivät kauan ennen matkapuhelinviestinnän tuloa.

Keskustelun aikana puheäänivärähtelyt välittyvät luurin herkälle kalvolle (mikrofonille). Sitten mikrofonissa äänisignaali muunnetaan sähköisiksi impulsseiksi ja kulkee sitten johtojen kautta toiseen luuriin, jossa sähkömagneettisen muuntimen (kaiuttimen tai kuulokkeen) avulla sähköinen signaali muunnetaan takaisin äänisignaaliksi.

Televisio on kehittynyt nopeasti viimeisen vuosikymmenen aikana. Vaikka ne liittyvät toisiinsa, ne eivät ole täysin samoja. Sillä on myös kyky lähettää enemmän dataa pienemmällä kaistanleveydellä ja kyky lähettää yksittäisiä alikanavia.

Darrin Mayer on kirjoittanut siitä lähtien. Meyer on suorittanut yleisradiojournalismin kandidaatin tutkinnon Nebraska-Lincolnin yliopistosta. No, näiden kahden välillä on suuri laatuero. Kuvanlaatu on paljon parempi kuin digitaalisissa lähetyksissä.

Digitaalinen kuvantaminen on tarkempaa, koska se käyttää digitaalista siirtokaavaa, joten näet joko täydellisen kuvan tai ei ollenkaan. Digitaalinen järjestelmä mahdollistaa suuremman sisällön siirtämisen radioaaltojen kautta. Elämme ehdottomasti enemmän tietokoneiden ja tekniikan maailmassa.

Yllä olevassa esimerkissä käytetään jälleen "analogista" signaalin muuntamista. Eli äänivärähtelyllä on sama taajuus kuin sähköisen impulssin taajuus viestintälinjassa, ja myös ääni- ja sähköimpulsseilla on samanlainen muoto (eli samankaltainen).

Jokaisella asemalla on yksi taajuus, jolla lähetetään analogista televisiosignaalia. Tämä voi aiheuttaa staattista sähköä, lunta tai haamukuvia kanavalla. Se voi myös aiheuttaa vaihteluita värissä, kirkkaudessa ja äänenlaadussa. Ja kuten radiosignaalit, analoginen lähetys vähenee mitä kauempana lähteestä.

Lähes minkä tahansa tyyppinen lähetetty sähköinen signaali (mukaan lukien analoginen) voidaan koodata digitaaliseksi koodiksi, eikä sillä ole väliä, onko se kuva, video signaali, audio signaalia tai tekstitietoa, ja tämän tyyppisiä signaaleja voidaan lähettää lähes samanaikaisesti (yhdessä digitaalisessa virrassa).

Digitaalisella signaalilla on sähköisten ominaisuuksiensa vuoksi (kuten äänisignaalin esimerkissä) suurempi tiedonsiirtokapasiteetti kuin analogisella signaalilla. Myös digitaalinen signaali voidaan lähettää pidemmälle kuin analoginen ilman, että lähetettävän signaalin laatu heikkenee.

Tämä tarkoittaa, että nautit jatkuvasti kirkkaasta kuvasta, korkealaatuisesta äänestä ja staattisesta sähköstä tai lumesta. Digitaalinen lähetys vaatii vähemmän kaistanleveyttä verrattuna samaan analogiseen signaaliin. Näin voit kokea laadukkaan ohjelmoinnin kotona. Kuvan arvo on 4 leveysyksikköä jokaista 3 korkeusyksikköä kohden.

Valitettavasti televisiovastaanottimet (televisiot), jotka on suunniteltu vastaanottamaan analogista televisiota, eivät enää pysty vastaanottamaan digitaalista maanpäällistä signaalia. Mutta joka tapauksessa tämä ei tarkoita, että sinun on mentävä kauppaan ja ostettava uusi televisio, joka pystyy vastaanottamaan digitaalista televisiota.

Jotta voit vastaanottaa digitaalisia maanpäällisiä lähetyksiä televisiossa, joka tukee vain analogista maanpäällistä signaalia, sinun tarvitsee vain ostaa ns. digitaalinen televisiovastaanotin (eli toisin sanoen digitaalinen maanpäällinen vastaanotin).

Digitaalinen maanpäällinen vastaanotin (vastaanotin) liitetään televisioon antenniliittimen tai matalataajuisen audio-videokaapelin kautta. Tässä tapauksessa ilma-antenni ei ole enää kytketty television antenniliitäntään, vaan itse digivastaanottimen liitäntään. Yleinen kaavio tällaisesta kytkennästä on esitetty kuvassa. 1.

Tämän tekniikan yleinen periaate on seuraava:

Maanpäällinen digitaalinen radiosignaali vastaanottaa maanpäällisen antennin, antennista tämä signaali saapuu digitaaliseen vastaanottimeen ja vastaanottimesta analoginen signaali televisioon. Tässä televisiota käytetään jo monitorina, ja TV-kanavien välillä vaihtaminen tapahtuu digitaalisen maanpäällisen vastaanottimen (vastaanottimen) kaukosäätimestä.

Tässä on mielestäni syytä mainita ääniradioasemien vastaanotto.

Digitaalisen signaalin vastaanottamiseen radioasemilta eivät myöskään enää sovellu vanhat radiovastaanottimet (jotka tukevat analogisten lähetysten vastaanottoa), ja tarvitset erityisen radiovastaanottimen, joka tukee digitaalisen radiosignaalin vastaanottoa.

Maanpäällisen digitaalisen television edut:

*Kuten aiemmin mainittiin, maanpäällisen digitaalisen television tärkein ja tärkein etu on tietysti liikkuvuus. Voit katsella suosikkiohjelmiasi paitsi kotona, myös tien päällä. Lisäksi, ehkä tulevaisuudessa maanpäällistä digi-TV:tä voidaan katsoa matkapuhelimella.
*Digitaalinen maanpäällinen TV on kyky vastaanottaa kuvaa ja ääntä erittäin hyvälaatuisina.
*Sähköisten ominaisuuksiensa, tai pikemminkin sähkömagneettisten ominaisuuksiensa vuoksi, digitaalinen signaali voidaan lähettää pidemmälle kuin analoginen signaali heikentämättä lähetettävän signaalin laatua.
Tässä on myös otettava huomioon, että digitaalinen radiosignaali kestää paremmin ympärillämme olevia sähkömagneettisia häiriöitä (häiriöitä voi tulla lähellä olevista sähkö- ja radiolaitteista sekä lähellä olevista voimalinjoista).
*Digitaalisessa muodossa voit lähettää huomattavasti enemmän TV-kanavia, ja kuvan ja äänen laatu on paljon parempi kuin analogisen signaalin lähetyksessä.
*Digitaalisen lähetyksen kiistaton etu on tietysti helppokäyttöisyys, kun taas esimerkiksi satelliittitelevision asentaminen ja konfigurointi vaatii tiettyjä tietoja ja taitoja.

Mielestäni tämä ei tietenkään ole koko luettelo digitaalisten lähetysten eduista analogiseen verrattuna, mutta, kuten sanotaan, tulemme näkemään.

Digitaalinen televisio on saavuttamassa nopeasti suosiota maassamme, mutta monet ihmiset eivät vieläkään tiedä, kuinka se poikkeaa pohjimmiltaan vanhasta hyvästä analogisesta televisiosta.

Kuvaus analogisesta ja digitaalisesta televisiosta

Ei ole vaikea arvata, että analoginen ja digitaalinen televisio perustuvat vastaavasti analogisiin ja digitaalisiin signaaleihin. Analoginen signaali on jatkuvaa, mikä tarkoittaa, että ulkoisen vaikutuksen sattuessa siitä tulee haavoittuva, mikä johtaa huonompaan kuvan ja äänen laatuun. Analogisen signaalin kiistaton etu on kyky vastaanottaa se käyttämällä yksinkertaista maanpäällistä antennia. Voit myös käyttää kaapelitelevision tarjoajan palveluita. Voimme sanoa, että analoginen signaali on nykyään jo vanhentunut, koska se on huomattavasti huonompi kuin digitaalinen signaali useissa tärkeissä parametreissa - laatu, turvallisuus jne.
Nykyaikaiset televisiot on suunniteltu ensisijaisesti toimimaan digitaalisten signaalien kanssa, vaikka niissä on myös analoginen liitin. Koko asia on, että analoginen signaali ei pysty paljastamaan nykyaikaisten plasma- ja LCD-televisioiden kaikkia mahdollisuuksia. Vain digitaalinen signaali voi tarjota paremman kuvanlaadun. Toisin kuin analoginen, se saapuu pieninä "osina", jotka on erotettu tauoista, ja siksi tällaiseen signaaliin on erittäin vaikea vaikuttaa. Jopa siirrettäessä digitaalista signaalia erittäin pitkän matkan päähän, kuvan ja äänen laatu säilyy korkeimmalla tasolla. Muun muassa digitaalisella signaalilla voit lähettää paljon enemmän kanavia kuin analogisella, joten digitaaliseen televisioon liittyneet tilaajat saavat yli sata tv-kanavaa monista eri aiheista.

Analogisen ja digitaalisen television vertailu

Valitettavasti analogisella televisiolla ei nykyään itse asiassa ole mitään ilmeisiä etuja digitaaliseen lähetykseen verrattuna, paitsi ehkä kyky "talpata" signaali tavanomaisella antennilla. Digitaalinen televisio voi kuitenkin olla myös mobiili digitaalisen signaalin vastaanottimen avulla. Ottaen huomioon, että digitaalinen signaali pysyy etäisyydestä riippumatta suojassa hakkeroilta ja häiriöiltä ja takaa korkean laatutason, digitaalisen television edut tulevat täysin ilmeisiksi.

TheDifference.ru määritti, että ero analogisen ja digitaalisen television välillä on seuraava:

Digitaalinen televisio tarjoaa paremman signaalin laadun ja suojauksen. Analoginen signaali oli ja on edelleen alttiina ulkoisille vaikutuksille, eikä se voi tarjota niin korkealaatuisia kuvia.
Digitaalinen televisio on liikkuvampaa - nykyään voit vastaanottaa digitaalista signaalia ollessasi tien päällä tai kaukana kotoa.
Analoginen televisio ei pysty tarjoamaan yhtä paljon kanavia kuin digitaalinen televisio. Digitaalisen signaalin erityispiirteistä johtuen tilaajalla on pääsy digitaalitelevisioon liitettäessä useita satoja eri tv-kanavia.

Tilaa uutiset

Yksinkertaisen kuluttajan ei tarvitse tietää signaalien luonnetta. Mutta joskus on tarpeen tietää ero analogisten ja digitaalisten formaattien välillä, jotta voidaan lähestyä yhden tai toisen vaihtoehdon valintaa avoimin silmin, koska nykyään kuullaan, että analogisten teknologioiden aika on ohitettu, ne korvataan digitaalisilla. . Sinun on ymmärrettävä ero, jotta tiedät, mitä jätät taaksesi ja mitä odottaa.

Signaali analoginen- tämä on jatkuva signaali, jossa on ääretön määrä dataa, joka on lähellä arvoa maksimin sisällä ja jonka kaikki parametrit kuvataan ajasta riippuvalla muuttujalla.

Digitaalinen signaali- tämä on erillinen signaali, joka on kuvattu erillisellä ajan funktiolla, jolloin signaalin amplitudilla on jokaisella ajanhetkellä tiukasti määritelty arvo.

Käytäntö on osoittanut, että analogisilla signaaleilla häiriöt ovat mahdollisia, jotka voidaan poistaa digitaalisella signaalilla. Lisäksi digitaalinen voi palauttaa alkuperäiset tiedot. Jatkuvassa analogisessa signaalissa kulkee paljon tietoa, usein tarpeetonta. Yhden analogisen sijasta voidaan lähettää useita digitaalisia.

Nykyään kuluttajat ovat kiinnostuneita televisiokysymyksestä, koska juuri tässä yhteydessä sanotaan usein ilmaisu "vaihtaminen digitaaliseen signaaliin". Tässä tapauksessa analogista voidaan pitää jäänne menneisyydestä, mutta tämän hyväksyy olemassa oleva tekniikka, ja digitaalisen vastaanottamiseen tarvitaan erityinen. Tietenkin "digitaalien" syntymisen ja käytön lisääntymisen vuoksi ne menettävät entisen suosionsa.

Signaalityyppien edut ja haitat

Turvallisuudella on tärkeä rooli tietyn signaalin parametrien arvioinnissa. Erilaiset vaikutteet, vieraat tunkeutumiset tekevät analogisesta signaalista puolustuskyvyttömän. Digitaalisessa tapauksessa tämä on poissuljettu, koska se on koodattu radiopulsseista. Pitkillä etäisyyksillä digitaalisten signaalien siirto on monimutkaista, ja on tarpeen käyttää modulaatio-demodulaatiomenetelmiä.

Yhteenvetona voimme sanoa, että erot analogisten ja digitaalisten signaalien välillä koostuvat:

• Analogisen jatkuvuudessa ja digitaalisen diskreettisyydessä;
• Analogisen lähetyksen aikana on suurempi häiriön todennäköisyys;
• Analogisessa signaalin redundanssissa;
• Digitaalisen kyvyn suodattaa kohinaa ja palauttaa alkuperäiset tiedot;
• Siirrettäessä digitaalista signaalia koodatussa muodossa. Yksi analoginen signaali korvataan useilla digitaalisilla.

Digitaalisen PBX-liitännän käsite

CSC:n tulee tarjota liitäntä (liitos) analogisten ja digitaalisten tilaajalinjojen (SL) ja siirtojärjestelmien kanssa.

Butt Sitä kutsutaan kahden toimintalohkon väliseksi rajaksi, joka määritellään toiminnallisilla ominaisuuksilla, fyysisen yhteyden yleisillä ominaisuuksilla, signaalien ominaisuuksilla ja muilla erityispiirteistä riippuen.

Liitäntä tarjoaa kertaluonteisen määrityksen kahden laitteen välisistä yhteysparametreista. Nämä parametrit liittyvät yhteenliittävien piirien tyyppiin, lukumäärään ja toimintaan sekä näitä piirejä pitkin siirrettävien signaalien tyyppiin, muotoon ja järjestykseen.

Liittymien tyypit, lukumäärä, muoto ja järjestys sekä kahden toiminnallisen lohkon välinen suhde niiden välisessä rajapinnassa määritellään tarkasti. yhteinen eritelmä.

Digitaalisen PBX:n liitännät voidaan jakaa seuraaviin:

Analoginen tilaajaliitäntä;

Digitaalinen tilaajaliitäntä;

ISDN-tilaajaliitäntä;

Verkkoliitännät (digitaaliset ja analogiset).

Rengasliittimet

Rengasrakenteita voidaan soveltaa useilla viestintäaloilla. Ensinnäkin nämä ovat rengassiirtojärjestelmiä, joissa on tilapäinen klusterointi ja joissa on olennaisesti sarjaan kytkettyjä yksisuuntaisia ​​linjoja, jotka muodostavat suljetun piirin tai renkaan. Tässä tapauksessa jokaisessa verkkosolmussa on toteutettu kaksi päätoimintoa:

1) jokainen solmu toimii regeneraattorina palauttaakseen saapuvan digitaalisen signaalin ja lähettääkseen sen uudelleen;

verkkosolmuissa tunnistetaan väliaikaisen ryhmittelyjakson rakenne ja kommunikointi tapahtuu renkaan kautta

2) digitaalisen signaalin poistaminen ja syöttäminen kullekin solmulle määrätyin kanavavälein.

Kyky jakaa uudelleen kanavavälit mielivaltaisten solmuparien välillä rengasjärjestelmässä aikaryhmittelyllä tarkoittaa, että rengas on hajautettu lähetys- ja kytkentäjärjestelmä. Ajatus samanaikaisesta lähetyksestä ja kytkennästä rengasrakenteissa on laajentunut digitaalisille kytkentäkentälle.

Tällaisessa järjestelmässä dupleksiyhteys voidaan muodostaa minkä tahansa kahden solmun välille käyttämällä yhtä kanavaa. Tässä mielessä rengaspiiri suorittaa signaalikoordinaattien spatio-temporaalisen muunnoksen ja sitä voidaan pitää yhtenä vaihtoehtona S/T-asteen rakentamiseen.

Analogiset, diskreetit, digitaaliset signaalit

Tietoliikennejärjestelmissä tietoa siirretään signaalien avulla. Kansainvälinen televiestintäliitto määrittelee sen seuraavasti: signaali:

Tietoliikennesignaali on joukko sähkömagneettisia aaltoja, jotka etenevät yksisuuntaista lähetyskanavaa pitkin ja joiden tarkoituksena on vaikuttaa vastaanottavaan laitteeseen.

1) analoginen signaali- signaali, jossa jokainen edustava parametri on määritelty jatkuvalla aikafunktiolla, jolla on jatkuva joukko mahdollisia arvoja

2) signaalitasolla diskreetti - signaali, jonka edustavien parametrien arvot määritellään jatkuvalla aikafunktiolla, jolla on äärellinen joukko mahdollisia arvoja. Prosessia, jossa näytteistetään signaali tasoittain, kutsutaan kvantisointi;

3) diskreetti aikasignaali - signaali, jossa jokainen edustava parametri on määritelty diskreettiaikafunktiolla, jolla on jatkuva joukko mahdollisia arvoja

4) digitaalinen signaali - signaali, jossa edustavien parametrien arvot määritellään diskreettiaikafunktiolla, jossa on äärellinen joukko mahdollisia arvoja

Modulaatio on signaalin muuntaminen toiseksi muuttamalla kantoaaltosignaalin parametreja muunnetun signaalin mukaisesti. Harmonisia signaaleja, jaksollisia pulssisarjoja jne. käytetään kantoaaltosignaalina.

Esimerkiksi lähetettäessä digitaalista signaalia binäärikoodirivin kautta signaalin vakiokomponentti voi ilmaantua, koska kaikissa koodisanoissa on ykkösiä.

Vakiokomponentin puuttuminen riviltä mahdollistaa sovituksen käytön muuntajat lineaarisissa laitteissa sekä tarjota etävirtalähdettä tasavirralla oleville regeneraattoreille. Jotta digitaalisen signaalin ei-toivotusta DC-komponentista päästään eroon, binäärisignaalit muunnetaan erityisillä koodeilla ennen niiden lähettämistä linjalle. Ensisijaisessa digitaalisessa siirtojärjestelmässä (DTS) käytetään HDB3-koodia.

Binäärisignaalin koodaus modifioiduksi kvasi-ternaariseksi signaaliksi HDB3-koodilla suoritetaan seuraavien sääntöjen mukaisesti (kuva 1.5).

Riisi. 1.5. Binaariset ja vastaavat HDB3-koodit

Pulssikoodimodulaatio

Jatkuvan ensisijaisen analogisen signaalin muuntamista digitaaliseksi koodiksi kutsutaan pulssikoodimodulaatio(ICM). PCM:n päätoiminnot ovat aikanäytteenotto, kvantisointi (näytteistys aikadiskreetin signaalin tasolla) ja koodaus.

Analogisen signaalin aikanäytteenotto on muunnos, jossa analogista signaalia edustava parametri määritellään joukolla sen arvoja diskreetillä ajanhetkellä, tai toisin sanoen, jossa jatkuvasta analogisesta signaalista c(t)(Kuva 1.6, a) hanki näytearvot Kanssa"(Kuva 1.6, b). Aikanäytteenoton tuloksena saatuja signaalia edustavan parametrin arvoja kutsutaan näytteiksi.

Yleisimpiä ovat digitaaliset lähetysjärjestelmät, jotka käyttävät analogisen signaalin tasaista näytteenottoa (tämän signaalin näytteistys tehdään tasaisin aikavälein). Yhtenäisessä otannassa käytetään seuraavia käsitteitä: näytteenottoväli Klo(aikaväli kahden vierekkäisen diskreetin signaalin näytteen välillä) ja näytteenottotaajuus Fd(näytteenottovälin käänteisluku). Näytteenottovälin koko valitaan Kotelnikovin lauseen mukaisesti.

Kotelnikovin lauseen mukaan analoginen signaali, jolla on rajoitettu spektri ja ääretön havaintoväli, voidaan rekonstruoida virheettömästi diskreetistä signaalista, joka on saatu näytteistämällä alkuperäinen analoginen signaali, jos näytteenottotaajuus on kaksi kertaa analogisen signaalin spektrin maksimitaajuus:

Kotelnikovin lause

Kotelnikovin lause (englanninkielisessä kirjallisuudessa - Nyquist-Shannon-lause) sanoo, että jos analogisella signaalilla x(t) on rajoitettu spektri, se voidaan palauttaa yksilöllisesti ja ilman häviötä sen erillisistä näytteistä, jotka on otettu taajuudella, joka on suurempi kuin kaksi kertaa maksimi. spektrin taajuus Fmax .

Hyvin usein kuulemme sellaisia ​​määritelmiä kuin "digitaalinen" tai "diskreetti" signaali, mikä on sen ero "analogiseen"?

Eron ydin on, että analoginen signaali on ajallisesti jatkuva (sininen viiva), kun taas digitaalinen signaali koostuu rajoitetusta koordinaattijoukosta (punaiset pisteet). Jos pelkistämme kaiken koordinaatteiksi, niin mikä tahansa analogisen signaalin segmentti koostuu äärettömästä määrästä koordinaatteja.

Digitaalisen signaalin koordinaatit vaaka-akselilla sijaitsevat säännöllisin väliajoin näytteenottotaajuuden mukaisesti. Yleisessä Audio-CD-muodossa tämä on 44100 pistettä sekunnissa. Koordinaatin korkeuden pystytarkkuus vastaa digitaalisen signaalin bittisyvyyttä 8 bitillä se on 256 tasoa, 16 bitillä = 65536 ja 24 bitillä = 16777216 tasoa. Mitä suurempi bittisyvyys (tasojen lukumäärä), sitä lähempänä pystysuorat koordinaatit ovat alkuperäistä aaltoa.

Analogisia lähteitä ovat: vinyyli ja äänikasetit. Digitaalisia lähteitä ovat: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) ja tiedostot WAVE- ja DSD-muodoissa (mukaan lukien APE-, Flac-, Mp3-, Ogg-, jne. johdannaiset).

Analogisen signaalin edut ja haitat

Analogisen signaalin etuna on, että sen analogisessa muodossa havaitsemme äänen korvillamme. Ja vaikka kuulojärjestelmämme muuntaa havaitun äänivirran digitaaliseen muotoon ja välittää sen tässä muodossa aivoihin, tiede ja teknologia eivät ole vielä päässeet yhdistämään soittimia ja muita äänilähteitä suoraan tässä muodossa. Vastaavaa tutkimusta tehdään nyt aktiivisesti vammaisille, ja nautimme yksinomaan analogisesta äänestä.

Analogisen signaalin haittana on kyky tallentaa, lähettää ja replikoida signaali. Kun tallennetaan magneettinauhalle tai vinyylille, signaalin laatu riippuu nauhan tai vinyylin ominaisuuksista. Ajan myötä nauha demagnetoituu ja tallennetun signaalin laatu heikkenee. Jokainen luku tuhoaa vähitellen median, ja uudelleenkirjoittaminen aiheuttaa ylimääräistä vääristymistä, jolloin lisäpoikkeamia lisäävät seuraavat mediat (nauha tai vinyyli), luku-, kirjoitus- ja signaalinsiirtolaitteet.

Analogisen signaalin kopiointi on sama kuin valokuvan kopioiminen ottamalla siitä valokuva uudelleen.

Digitaalisen signaalin edut ja haitat

Digitaalisen signaalin etuja ovat tarkkuus kopioitaessa ja lähetettäessä äänivirtaa, jossa alkuperäinen ei eroa kopiosta.

Suurin haittapuoli on, että digitaalinen signaali on välivaihe ja lopullisen analogisen signaalin tarkkuus riippuu siitä, kuinka yksityiskohtaisesti ja tarkasti ääniaalto on kuvattu koordinaateilla. On aivan loogista, että mitä enemmän pisteitä on ja mitä tarkemmat koordinaatit ovat, sitä tarkempi aalto on. Mutta vieläkään ei ole yksimielisyyttä siitä, kuinka monta koordinaattia ja tietojen tarkkuus riittää väittämään, että signaalin digitaalinen esitys riittää palauttamaan tarkasti analogisen signaalin, jota korvamme ei voi erottaa alkuperäisestä.

Datavolyymilla mitattuna tavallisen analogisen äänikasetin kapasiteetti on vain noin 700-1,1 MB, kun taas tavallisen CD-levyn kapasiteetti on 700 MB. Tämä antaa käsityksen suuren kapasiteetin median tarpeesta. Ja tämä synnyttää erillisen kompromissisodan, jossa on erilaisia ​​vaatimuksia kuvauspisteiden lukumäärälle ja koordinaattien tarkkuudelle.

Nykyään katsotaan riittävän edustamaan ääniaaltoa, jonka näytteenottotaajuus on 44,1 kHz ja bittisyvyys 16 bittiä. Näytteenottotaajuudella 44,1 kHz on mahdollista rekonstruoida signaali 22 kHz asti. Kuten psykoakustiset tutkimukset osoittavat, näytteenottotaajuuden lisäys ei ole havaittavissa, mutta bittisyvyyden kasvu antaa subjektiivisen parannuksen.

Kuinka DAC:t rakentavat aallon

DAC on digitaali-analogi-muunnin, elementti, joka muuntaa digitaalisen äänen analogiseksi. Tarkastelemme perusperiaatteita pintapuolisesti. Jos kommenteissa ilmenee kiinnostusta pohtia useita kohtia tarkemmin, julkaistaan ​​erillinen materiaali.

Monibittiset DAC:t

Hyvin usein aalto esitetään askelina, mikä johtuu ensimmäisen sukupolven monibittisten R-2R DAC:ien arkkitehtuurista, jotka toimivat samalla tavalla kuin relekytkin.

DAC-tulo vastaanottaa seuraavan pystykoordinaatin arvon ja jokaisella kellojaksolla se vaihtaa virran (jännitteen) tason sopivalle tasolle seuraavaan muutokseen saakka.

Vaikka uskotaan, että ihmiskorva kuulee korkeintaan 20 kHz, ja Nyquistin teorian mukaan signaali on mahdollista palauttaa 22 kHz:iin asti, kysymys jää tämän signaalin laadusta palauttamisen jälkeen. Korkeataajuisella alueella tuloksena oleva "porrastettu" aaltomuoto on yleensä kaukana alkuperäisestä. Helpoin tapa päästä pois tilanteesta on lisätä näytteenottotaajuutta tallennuksen aikana, mutta tämä johtaa merkittävään ja ei-toivottuun tiedostokoon kasvuun.

Vaihtoehtona on lisätä keinotekoisesti DAC-toiston näytteenottotaajuutta lisäämällä väliarvoja. Nuo. kuvittelemme jatkuvan aaltoreitin (harmaa katkoviiva), joka yhdistää sujuvasti alkuperäiset koordinaatit (punaiset pisteet) ja lisäämme välipisteitä tälle viivalla (tumma violetti).

Näytteenottotaajuutta nostettaessa on yleensä tarpeen lisätä bittisyvyyttä niin, että koordinaatit ovat lähempänä approksimoitua aaltoa.

Välikoordinaattien ansiosta on mahdollista vähentää "askeleita" ja rakentaa aalto lähemmäksi alkuperäistä.

Kun näet soittimessa tai ulkoisessa DAC:ssa tehostustoiminnon välillä 44,1–192 kHz, se on toiminto, joka lisää välikoordinaatteja, ei palauttaa tai luo ääntä yli 20 kHz:n alueella.

Aluksi nämä olivat erillisiä SRC-siruja ennen DAC:ta, jotka sitten siirtyivät suoraan itse DAC-siruille. Nykyään voit löytää ratkaisuja, joissa tällainen siru lisätään nykyaikaisiin DAC: iin, tämä tehdään vaihtoehdon tarjoamiseksi DAC: n sisäänrakennetuille algoritmeille ja joskus jopa paremman äänen saamiseksi (kuten tämä tehdään esimerkiksi Hidizsissä AP100).

Alan suurin kieltäytyminen monibittisistä DAC:ista johtui siitä, että laatuindikaattoreiden teknologinen kehittäminen ei ollut mahdollista nykyisten tuotantotekniikoiden avulla ja korkeammat kustannukset verrattuna "pulssi"-DAC:ihin, joilla on vertailukelpoiset ominaisuudet. Hi-End-tuotteissa kuitenkin suositaan usein vanhoja monibittisiä DAC-muuntajia uusien teknisesti paremman ominaisuuksien sijaan.

DAC:ien vaihto

70-luvun lopulla "pulssi"-arkkitehtuuriin perustuva vaihtoehtoinen DAC-versio - "delta-sigma" - yleistyi. Pulse DAC -tekniikka mahdollisti erittäin nopeiden kytkimien syntymisen ja mahdollisti korkeiden kantoaaltotaajuuksien käytön.

Signaalin amplitudi on pulssiamplitudien keskiarvo (saman amplitudin pulssit näkyvät vihreänä ja tuloksena oleva ääniaalto valkoisena).

Esimerkiksi kahdeksan viiden pulssin syklin sarja antaa keskimääräisen amplitudin (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Mitä korkeampi kantoaaltotaajuus, sitä enemmän pulsseja tasoitetaan ja saadaan tarkempi amplitudiarvo. Tämä mahdollisti äänivirran esittämisen yksibittisessä muodossa laajalla dynaamisella alueella.

Keskiarvo voidaan tehdä tavallisella analogisella suodattimella, ja jos tällainen pulssijoukko syötetään suoraan kaiuttimeen, niin lähdössä saamme ääntä, eikä ultrakorkeita taajuuksia toisteta emitterin suuren inertian vuoksi. PWM-vahvistimet toimivat tällä periaatteella luokassa D, jossa pulssien energiatiheyttä ei synny niiden lukumäärän, vaan kunkin pulssin keston perusteella (joka on helpompi toteuttaa, mutta ei voida kuvata yksinkertaisella binäärikoodilla).

Monibittistä DAC:ta voidaan pitää tulostimena, joka pystyy käyttämään Pantone-värejä. Delta-Sigma on mustesuihkutulostin, jossa on rajoitettu värivalikoima, mutta koska se pystyy levittämään hyvin pieniä pisteitä (verrattuna sarvitulostimeen), se tuottaa enemmän sävyjä pisteiden erilaisen tiheyden vuoksi pintayksikköä kohti.

Kuvassa emme yleensä näe yksittäisiä pisteitä silmän alhaisen resoluution vuoksi, vaan vain keskimääräisen sävyn. Vastaavasti korva ei kuule impulsseja yksitellen.

Viime kädessä pulssi-DAC:iden nykyisten tekniikoiden avulla on mahdollista saada aalto, joka on lähellä sitä, mitä teoriassa pitäisi saada välikoordinaatteja approksimoitaessa.

On huomattava, että delta-sigma DAC: n tultua markkinoille "digitaalisen aallon" vaiheittain piirtämisen merkitys katosi, koska Näin nykyaikaiset DAC:t eivät rakenna aaltoa portaittain. On oikein rakentaa diskreetti signaali, jossa pisteet on yhdistetty tasaisella viivalla.

Onko DAC:ien vaihtaminen ihanteellinen?

Mutta käytännössä kaikki ei ole ruusuista, ja siinä on useita ongelmia ja rajoituksia.

Koska Koska ylivoimainen määrä tietueita on tallennettu monibittiseen signaaliin, pulssisignaaliksi muuntaminen "bitistä bittiin" -periaatteella vaatii tarpeettoman korkeaa kantoaaltotaajuutta, jota nykyaikaiset DAC:t eivät tue.

Nykyaikaisten pulssi-DAC:iden päätehtävä on muuntaa monibittinen signaali yksibittiseksi signaaliksi suhteellisen alhaisella kantoaaltotaajuudella datan desimaatiolla. Pohjimmiltaan juuri nämä algoritmit määräävät pulssi-DAC:iden lopullisen äänenlaadun.

Korkean kantoaallon ongelman vähentämiseksi äänivirta on jaettu useisiin yksibittisiin virtoihin, joissa jokainen virta vastaa bittiryhmästään, joka vastaa virtojen määrän kantoaaltotaajuuden monikertaa. Tällaisia ​​DAC:ita kutsutaan monibittiseksi delta-sigmaks.

Nykyään pulssi-DAC:t ovat saaneet toisen tuulen nopeissa yleiskäyttöisissä siruissa NAD- ja Chord-tuotteissa, koska ne pystyvät ohjelmoimaan muunnosalgoritmeja joustavasti.

DSD-muoto

Delta-sigma-DAC:iden laajan käytön jälkeen oli varsin loogista, että syntyi muoto binäärikoodin tallentamiseksi suoraan delta-sigma-koodaukseen. Tätä muotoa kutsutaan DSD:ksi (Direct Stream Digital).

Muotoa ei käytetty laajalti useista syistä. Tiedostojen muokkaaminen tässä muodossa osoittautui tarpeettoman rajoitetuksi: et voi sekoittaa streameja, säätää äänenvoimakkuutta tai käyttää taajuuskorjausta. Tämä tarkoittaa, että ilman laadun heikkenemistä voit arkistoida vain analogisia tallenteita ja tuottaa kahden mikrofonin tallenteita live-esityksistä ilman jatkokäsittelyä. Sanalla sanoen, et voi todella ansaita rahaa.

Piratismin torjunnassa tietokoneet eivät tukeneet (eivät ole edelleenkään) SA-CD-levyjä, mikä tekee niistä mahdotonta kopioida. Ei kopioita – ei laajaa yleisöä. DSD-äänisisältöä oli mahdollista toistaa vain erilliseltä SA-CD-soittimelta patentoidulta levyltä. Jos PCM-formaatille on olemassa SPDIF-standardi digitaaliseen tiedonsiirtoon lähteestä erilliseen DAC:hen, niin DSD-formaatille ei ole standardia ja ensimmäiset SA-CD-levyjen piraattikopiot digitoitiin SA-CD:n analogisista lähdöistä. CD-soittimet (vaikka tilanne näyttää typerältä, mutta todellisuudessa jotkut tallenteet julkaistiin vain SA-CD:llä tai sama äänitys Audio-CD:llä oli tarkoituksella tehty huonolaatuisesti SA-CD:n edistämiseksi).

Käännekohta tapahtui SONY-pelikonsolien julkaisussa, jossa SA-CD-levy kopioitiin automaattisesti konsolin kiintolevylle ennen toistoa. DSD-muodon fanit käyttivät tätä hyväkseen. Piraattitallenteiden ilmestyminen innosti markkinoita julkaisemaan erilliset DAC-muuntimet DSD-virtojen toistamiseen. Useimmat ulkoiset DAC-muuntimet, joissa on DSD-tuki, tukevat nykyään USB-tiedonsiirtoa käyttämällä DoP-muotoa erillisenä digitaalisen signaalin koodauksena SPDIF:n kautta.

DSD:n kantoaaltotaajuudet ovat suhteellisen pieniä, 2,8 ja 5,6 MHz, mutta tämä äänivirta ei vaadi minkäänlaista datanvähennysmuunnosta ja on melko kilpailukykyinen korkean resoluution formaattien, kuten DVD-Audion, kanssa.

Ei ole selvää vastausta kysymykseen, kumpi on parempi, DSP vai PCM. Kaikki riippuu tietyn DAC:n toteutuksen laadusta ja äänisuunnittelijan lahjakkuudesta lopullista tiedostoa tallennettaessa.

Yleinen päätelmä

Analoginen ääni on se, mitä kuulemme ja havaitsemme silmillämme ympäröivänä maailmana. Digitaalinen ääni on joukko koordinaatteja, jotka kuvaavat ääniaaltoa ja joita emme voi kuulla suoraan ilman muuntamista analogiseksi signaaliksi.

Suoraan äänikasetille tai vinyylille tallennettua analogista signaalia ei voida tallentaa uudelleen ilman laadun heikkenemistä, kun taas digitaalisen esityksen aalto voidaan kopioida bitti bitiltä.

Digitaaliset tallennusmuodot ovat jatkuva kompromissi koordinaattitarkkuuden määrän ja tiedostokoon välillä, ja mikä tahansa digitaalinen signaali on vain likimääräinen alkuperäisen analogisen signaalin arvo. Digitaalisen signaalin tallentamisen ja toiston sekä analogisen signaalin medialle tallentamisen tekniikan eri tasot antavat kuitenkin enemmän etuja signaalin digitaaliselle esittämiselle, joka on samanlainen kuin digitaalikamera verrattuna filmikameraan.