Semnalele sunt coduri de informații care sunt folosite de oameni pentru a transmite mesaje într-un sistem informațional. Semnalul poate fi dat, dar nu este necesar să îl primiți. În timp ce un mesaj poate fi considerat doar un semnal (sau un set de semnale) care a fost primit și decodat de către destinatar (semnal analog și digital).

Una dintre primele metode de transmitere a informațiilor fără participarea oamenilor sau a altor ființe vii au fost incendiile de semnal. Când a apărut pericolul, focurile erau aprinse succesiv de la un stâlp la altul. În continuare, vom lua în considerare metoda de transmitere a informațiilor folosind semnale electromagnetice și ne vom opri asupra subiectului în detaliu. semnal analogic și digital.

Orice semnal poate fi reprezentat ca o funcție care descrie modificări ale caracteristicilor sale. Această reprezentare este convenabilă pentru studierea dispozitivelor și sistemelor de inginerie radio. Pe lângă semnal în inginerie radio, există și zgomot, care este alternativa lui. Zgomotul nu transportă informații utile și distorsionează semnalul interacționând cu acesta.

Conceptul în sine face posibilă abstracția de la cantități fizice specifice atunci când se iau în considerare fenomenele asociate cu codificarea și decodificarea informațiilor. Modelul matematic al semnalului în cercetare permite bazarea pe parametrii funcției timp.

Tipuri de semnal

Semnalele în funcție de mediul fizic al purtătorului de informații sunt împărțite în electrice, optice, acustice și electromagnetice.

Conform metodei de setare, semnalul poate fi regulat și neregulat. Un semnal obișnuit este reprezentat de o funcție deterministă a timpului. Un semnal neregulat în inginerie radio este reprezentat de o funcție haotică a timpului și este analizat folosind o abordare probabilistică.

Semnalele, în funcție de funcția care le descrie parametrii, pot fi analogice și discrete. Un semnal discret care a fost cuantificat se numește semnal digital.

Procesare a semnalului

Semnalul analog și digital este procesat și direcționat pentru a transmite și a primi informațiile codificate în semnal. Odată extrasă informația, aceasta poate fi folosită în diferite scopuri. În cazuri particulare, informațiile sunt formatate.

Semnalele analogice sunt amplificate, filtrate, modulate și demodulate. Digital, pe lângă aceasta, poate fi încă comprimat, detectat etc.

semnal analog

Organele noastre de simț percep toate informațiile care vin în ele într-o formă analogică. De exemplu, dacă vedem o mașină care trece, îi vedem mișcarea continuu. Dacă creierul nostru ar putea primi informații despre poziția sa o dată la 10 secunde, oamenii ar intra constant sub roți. Dar putem estima distanța mult mai rapid și această distanță la un moment dat este clar definită.

Absolut același lucru se întâmplă cu alte informații, putem evalua în orice moment volumul, simțim câtă presiune pun degetele noastre pe obiecte etc. Cu alte cuvinte, aproape toate informațiile care pot apărea în natură au o formă analogică. Cel mai simplu mod de a transmite astfel de informații este cu semnale analogice, care sunt continue și definite la un moment dat.

Pentru a înțelege cum arată un semnal electric analog, vă puteți imagina un grafic care arată amplitudinea pe axa verticală și timpul pe axa orizontală. Dacă, de exemplu, măsurăm modificarea temperaturii, atunci pe grafic va apărea o linie continuă, afișând valoarea acesteia în fiecare moment. Pentru a transmite un astfel de semnal cu un curent electric, trebuie să potrivim valoarea temperaturii cu valoarea tensiunii. Deci, de exemplu, 35,342 grade Celsius pot fi codificate ca o tensiune de 3,5342 V.

Semnalele analogice erau utilizate în toate tipurile de comunicații. Pentru a evita interferența, un astfel de semnal trebuie amplificat. Cu cât este mai mare nivelul de zgomot, adică interferența, cu atât semnalul trebuie amplificat mai puternic, astfel încât să poată fi recepționat fără distorsiuni. Această metodă de procesare a semnalului consumă multă energie pentru a genera căldură. În acest caz, semnalul amplificat în sine poate provoca interferențe cu alte canale de comunicație.

Acum semnalele analogice sunt încă folosite în televiziune și radio, pentru a converti semnalul de intrare în microfoane. Dar, în general, acest tip de semnal este universal înlocuit sau înlocuit de semnale digitale.

semnal digital

Un semnal digital este reprezentat printr-o succesiune de valori digitale. Cele mai utilizate acum sunt semnalele digitale binare, deoarece sunt folosite în electronica binară și sunt mai ușor de codat.

Spre deosebire de tipul de semnal anterior, semnalul digital are două valori „1” și „0”. Dacă ne amintim exemplul nostru cu măsurarea temperaturii, atunci aici semnalul va fi format diferit. Dacă tensiunea furnizată de semnalul analogic corespunde valorii temperaturii măsurate, atunci un anumit număr de impulsuri de tensiune va fi aplicat în semnalul digital pentru fiecare valoare de temperatură. Pulsul de tensiune în sine va fi egal cu „1”, iar absența tensiunii - „0”. Echipamentul receptor va decoda impulsurile și va restaura datele originale.

După ce ne-am imaginat cum va arăta semnalul digital pe grafic, vom vedea că trecerea de la zero la valoarea maximă se face brusc. Această caracteristică permite echipamentului receptor să „vadă” semnalul mai clar. Dacă apare vreo interferență, este mai ușor pentru receptor să decodeze semnalul decât în ​​cazul transmisiei analogice.

Cu toate acestea, este imposibil să restabiliți un semnal digital cu un nivel de zgomot foarte ridicat, în timp ce este încă posibil să „pescuiți” informații de la un tip analog cu distorsiuni ridicate. Acest lucru se datorează efectului de tăiere. Esența efectului este că semnalele digitale pot fi transmise pe anumite distanțe și apoi pur și simplu întrerupte. Acest efect apare peste tot si se rezolva printr-o simpla regenerare a semnalului. Acolo unde semnalul se întrerupe, trebuie să introduceți un repetor sau să reduceți lungimea liniei de comunicație. Repeatorul nu amplifică semnalul, ci îi recunoaște forma originală și produce o copie exactă a acestuia și poate fi folosit în mod arbitrar în circuit. Astfel de metode de repetiție a semnalului sunt utilizate în mod activ în tehnologiile de rețea.

Printre altele, semnalele analogice și digitale diferă prin capacitatea de a codifica și cripta informațiile. Acesta este unul dintre motivele tranziției comunicațiilor mobile la digitale.

Semnal analog și digital și conversie digital-analogic

Este necesar să vorbim puțin mai mult despre modul în care informațiile analogice sunt transmise prin canalele de comunicație digitale. Să revenim la exemple. După cum am menționat deja, sunetul este un semnal analogic.

Ce se întâmplă în telefoanele mobile care transmit informații prin canale digitale

Sunetul care intră în microfon este supus conversiei analog-digitale (ADC). Acest proces constă din 3 pași. Valorile separate ale semnalului sunt luate la intervale regulate, acest proces se numește eșantionare. Conform teoremei lui Kotelnikov privind lățimea de bandă a canalelor, frecvența de luare a acestor valori ar trebui să fie de două ori mai mare decât frecvența cea mai înaltă a semnalului. Adică, dacă canalul nostru are o limită de frecvență de 4 kHz, atunci frecvența de eșantionare va fi de 8 kHz. În plus, toate valorile semnalului selectat sunt rotunjite sau, cu alte cuvinte, cuantizate. Cu cât se creează mai multe niveluri, cu atât este mai mare acuratețea semnalului reconstruit la receptor. Apoi toate valorile sunt convertite într-un cod binar, care este transmis la stația de bază și apoi ajunge la celălalt abonat, care este receptorul. Un proces de conversie digital-analog (DAC) are loc în telefonul receptorului. Aceasta este o procedură inversă, al cărei scop este de a obține ieșirea cât mai aproape de semnalul original. În plus, semnalul analogic iese sub formă de sunet din difuzorul telefonului.

Continuare. Vezi Nr. 5, 6/2009

Trusa de instrumente

În toate versiunile de autor ale cursului școlar de informatică, conceptul de informație este conceptul central de formare a sistemului. Componenta fundamentală a informaticii este știința informației și a proceselor informaționale. Cursul de profil de informatică pentru clasele superioare oferă mai multe oportunități de dezvăluire a acestui conținut fundamental decât cursul de la școala de bază. Acest lucru este facilitat, în primul rând, de propedeutica, promovată în clasele anterioare, iar în al doilea rând, de un nivel superior de pregătire matematică și fizică a elevilor.

Secțiunea despre codificarea informațiilor este esențială pentru componenta teoretică a cursului. Ea reflectă ideile de bază de reprezentare și transformare a informațiilor care stau la baza tehnologiei informației. Înțelegerea acestor idei contribuie la o înțelegere profundă a esenței TIC pentru utilizatorul profesionist și, mai important, pentru viitorul proiectant de sisteme informatice.

Mai detaliat decât în ​​școala principală, aici vom vorbi despre caracteristicile formelor analogice și digitale de transmitere a informațiilor. Esența ADC este explicată suficient de detaliat - conversia semnalului analog-digital.

Conceptul cheie al secțiunii este codificare primește o explicație cu mai multe fațete. Un cod este o secvență de caractere care conține anumite informații. Codarea este procesul de construire a codului. Toate opțiunile de codificare pot fi împărțite în două grupuri:

1) conversie dintr-o formă analogică într-o formă discretă, simbolică;

2) conversia de la un sistem de caractere la altul.

Metodele celui de-al doilea grup de codare depind de scop. Pot exista următoarele opțiuni: trecerea de la un standard de prezentare la altul; reducerea volumului de date (compresie, ambalare); clasificarea informatiilor (criptare) si procedura inversa - decriptare; asigurarea controlului erorilor în timpul transmiterii datelor. În toate cazurile, se folosesc anumiți algoritmi de codare, care au adesea modele matematice în spate. Profesorul ar trebui să formeze o înțelegere sistematică a elevilor cu privire la sarcinile de codificare și cum să le rezolve.

Orele de informatică sunt împărțite în lecții teoretice și un atelier de calculator (desigur, ambele forme de lucru pot fi combinate într-o oră academică). În acest curs, autorii oferă o altă formă de organizare a cursurilor - o lecție-cercetare. Materialul pentru o astfel de lecție este cuprins în §5 „Experimente numerice privind prelucrarea sunetului”. Lucrarea constă în faptul că profesorul demonstrează experimente numerice efectuate într-un mediu tabelar folosind un calculator și instrumente de proiecție. Elevii pot repeta aceleași calcule pe computerele lor în paralel, dar apoi primesc sarcini pentru a continua experimentul pe cont propriu. Rezultatele sunt discutate colectiv.

Ca parte a secțiunii de codificare, studenții continuă să-și aprofundeze abilitățile de tabel și programare Pascal.

O persoană percepe informații din lumea exterioară cu ajutorul simțurilor sale. Majoritatea informațiilor sunt primite de noi prin vedere și auz.

Organele auzului percep semnale sonore către care sunt purtate de undele sonore. Organele vederii percep repere vizuale, a căror natură sunt unde electromagnetice într-un anumit interval de frecvență. Orice semnal- aceasta este o modificare a unei cantități fizice care transmite informații către obiectul care primește(o ființă vie sau un dispozitiv tehnic). Semnalul sonor este asociat cu o modificare a presiunii aerului generată de o undă sonoră și care afectează organul auzului. Semnalul vizual este asociat cu o modificare a parametrilor radiației luminii electromagnetice percepute de organele vizuale.

Timp de multe secole, oamenii au putut auzi sunete doar la o distanță de auz natural de la sursă, pentru a vedea obiectele care se aflau în câmpul vizual. Dezvoltarea științei și tehnologiei a permis omului să depășească aceste limite naturale ale percepției.

În ultimele două secole, oamenii de știință și inventatorii au obținut rezultate deosebite în crearea unor mijloace de comunicare pentru transmiterea informațiilor la distanță. Diverse mijloace tehnice de comunicare asigură transmiterea de semnale de două tipuri: analogicși discret.

Un sinonim pentru cuvântul „analog” este „continuu”. De exemplu, sunetul este un proces continuu de undă care are loc în atmosferă sau în alt mediu continuu. Termenul „discret” înseamnă „separat”, constând din particule, elemente, cuante separate. Primele mijloace tehnice de comunicare din istorie au fost concepute pentru a transmite texte în formă discretă.

Secolul al XIX-lea a fost o mare epocă a invențiilor tehnice. În 1831, Michael Faraday a descoperit fenomenul inducției electromagnetice. După aceea, începe dezvoltarea rapidă a ingineriei electrice: este inventat un generator electric, sunt create mijloace de transmitere a energiei electrice la distanță. Electricitatea are multe utilizări. Cele mai importante dintre ele: iluminat și încălzire electrică, motor electric, telecomunicații - transmiterea de informații folosind energie electrică. Ideea de a transmite informații prin fire la acel moment părea fantastică: a devenit posibilă transmiterea textului cu viteza de transfer a unui semnal electric - aproape de viteza luminii.

Primul telegraf electromagnetic a fost creat de omul de știință rus Pavel Lvovich Schilling în 1832. În 1837, americanul Samuel Morse și-a brevetat designul pentru un aparat telegrafic electromagnetic. De asemenea, s-au dezvoltat cod telegrafic, cunoscut sub numele de cod Morse.

Un mesaj telegrafic este o secvență de semnale electrice transportate de la un aparat telegrafic prin fire către un alt aparat telegrafic. Aceste circumstanțe tehnice l-au condus pe S. Morse la ideea de a folosi doar două tipuri de semnale - scurte și lungi - pentru a codifica un mesaj transmis pe liniile telegrafice.

În codul Morse, fiecare literă a alfabetului este codificată printr-o succesiune de bipuri scurte (puncte) și bipuri lungi (linii). În tabelul din fig. 1 prezintă codul Morse în raport cu alfabetele latin și rus.

Orez. 1. Tabelul codului Morse

Cel mai faimos mesaj telegrafic este semnalul de primejdie SOS ( S av O ur S ouls- mântuiască sufletele noastre). Iată cum arată în codul Morse:

- - -

Trei puncte indică litera latină S, trei liniuțe denotă litera O. Două pauze separă literele una de cealaltă. Operatorul de telegrafie, care a transmis mesajul în cod Morse, l-a „atingat” cu o tastă telegrafică: un punct - un semnal scurt, o liniuță - un semnal lung, după fiecare literă - o pauză. Pe dispozitivul receptor, mesajul a fost înregistrat pe bandă de hârtie sub formă de puncte grafice, liniuțe și spații, care au fost citite vizual de către telegraf.

Codul Morse este cod neuniform, deoarece pentru diferite litere ale alfabetului, lungimea codului variază de la unul la șase caractere (puncte și liniuțe). Din acest motiv, este necesar un al treilea caracter - o pauză pentru a separa literele unele de altele.

Codul telegrafic uniform a fost inventat de francezul Jean Maurice Baudot în 1870. A folosit doar două tipuri diferite de semnale. Nu contează cum le numești: punct și liniuță, plus și minus, zero și unu. Acestea sunt două semnale electrice diferite.

În tabelul de coduri Baudot, lungimea codurilor pentru toate caracterele alfabetului este aceeași și egală cu cinci. În acest caz, problema separării literelor unele de altele nu se pune: fiecare cinci semnale este un semn text.

Datorită ideii lui Bodo, a fost posibilă automatizarea procesului de transfer și tipărire a scrisorilor. În 1901, a fost creat un aparat telegrafic cu tastatură. Apăsarea unei taste cu o anumită literă generează semnalul corespunzător cu cinci impulsuri, care este transmis prin linia de comunicație. Aparatul de recepție, sub influența acestui semnal, tipărește aceeași literă pe o bandă de hârtie.

Telegrafele Morse și Bodo sunt discret modalități de transmitere a informațiilor.

Următoarea dezvoltare importantă în tehnologia comunicațiilor a fost invenția telefonului. În 1876, americanul Alexander Bell a primit un brevet pentru invenția sa. Un an mai târziu, Thomas Alva Edison a inventat telefonul cu microfon de carbon, care este încă în uz astăzi. Comunicația telefonică transmite sunetul la distanță prin intermediul unui semnal electric continuu modulat la frecvența vibrațiilor sonore. O tensiune electrică alternativă este creată în microfonul difuzorului și este transformată în vibrații sonore în căștile ascultătorului. Telefonia este o modalitate analogică de transmitere a sunetului.

Datorită descoperirii undelor electromagnetice în 1888 de către Heinrich Hertz, invenția comunicațiilor radio a devenit posibilă. Aproape simultan în 1895 Alexander Popov în Rusia și în 1896 italianul G. Marconi a inventat primele emițătoare și receptoare radio. Contemporanii invenției au numit radioul un telefon fără fir. Principiul transmisiei sunetului prin comunicație radio este transferul prin spațiu a undelor electromagnetice de înaltă frecvență (purtător), modulate în amplitudine de vibrațiile sonore de joasă frecvență. Într-un receptor radio, vibrațiile sonore sunt separate de frecvența purtătoare și convertite în sunet. Comunicarea radio este o metodă analogică de transmitere a sunetului.

În secolul al XX-lea, odată cu inventarea televiziunii, a devenit posibilă transmiterea imaginilor la distanță. Semnalul electromagnetic al televiziunii este, de asemenea Metodă analogică de transmitere a informațiilor audio și video.

În a doua jumătate a secolului al XX-lea, are loc o tranziție către o formă predominant discretă de reprezentare a informațiilor pentru stocarea, transmiterea și prelucrarea acesteia. Acest proces a început odată cu inventarea tehnologiei de calcul și măsurare digitală. În prezent, prelucrarea computerizată devine un element al tuturor sistemelor de comunicații: telefon, radio și televiziune. Telefonia digitală și televiziunea digitală se dezvoltă. Internetul, ca sistem de comunicații universal, se bazează exclusiv pe tehnologie digitală discretă pentru stocarea, transmiterea și procesarea informațiilor.

Întrebări și sarcini

1. Ce este un semnal?

2. Justificați utilizarea corectă a sintagmei „semnal de circulație”.

3. Dați exemple de semnale analogice din natură care transmit informații.

4. Credeți că vorbirea umană este o formă analogă sau discretă de transfer de informații?

5. Enumeraţi principalele evenimente din istoria inventării mijloacelor tehnice de comunicare.

6. De ce tehnologiile de comunicare digitală le înlocuiesc pe cele analogice în ultima vreme?

§2. Codificarea textului

Ce este codificarea

Codificarea este reprezentarea informațiilor ca o combinație de caractere. Codarea are loc după anumite reguli. Regulile de codificare depind de scopul codului, de exemplu. despre cum și pentru ce va fi folosit.

Scrisul este o modalitate de codificare a vorbirii în limbaj natural. Textul scris (numit și discurs scris) este conceput pentru a transmite informații de la o persoană la alte persoane atât în ​​spațiu (scrisoare, notă), cât și în timp (cărți, jurnale, arhive de documente etc.). Regulile prin care oamenii codifică informațiile în scris se numesc gramatica unei limbi (rusă, engleză, chineză etc.), iar o persoană care știe să citească și să scrie este numită persoană alfabetizată.

Dacă înregistrarea vorbirii se numește codificare, atunci citirea unui text scris este ea decodare. Deoarece ne exprimăm gândurile sub formă de vorbire orală, procesul de schimb de informații scrise între oameni poate fi afișat prin următoarea diagramă (vezi diagrama).

Cu această metodă scrisă de schimb de informații, hârtia este cel mai adesea folosită ca suport.

Odată cu inventarea mijloacelor tehnice de comunicare, a devenit posibilă transmiterea rapidă a textelor pe distanțe mari. Dar acest proces necesită utilizarea unui strat suplimentar de codare. Să repetăm ​​afirmația de mai sus încă o dată: modul de codificare depinde de scopul codului. Dacă codul este destinat transmiterii de text printr-un sistem tehnic de comunicare, atunci trebuie adaptat la capacitățile acestui sistem. Un exemplu de astfel de cod „tehnic” este codul Morse.

Procesul de transmitere a unui mesaj telegrafic folosind codul Morse poate fi reflectat în diagramă:

Modalități de codificare a textului

Codificarea textului are loc întotdeauna în conformitate cu următoarea regulă: fiecare caracter al alfabetului textului sursă este înlocuit cu o combinație de caractere ale alfabetului de codare. Pentru codul Morse, aceste reguli sunt prezentate în tabelul de pe orez. 1.

În tabelul de cod Morse, două caractere sunt folosite pentru a codifica 32 de litere ale alfabetului rus (litera Yo a început să fie folosită în textul scris abia la mijlocul secolului al XX-lea): un punct și o liniuță. Cu toate acestea, la transmiterea cuvintelor din cauza coduri inegale diferite litere, trebuie să aplicați și un spațiu între litere: o pauză în timpul de transmisie sau un spațiu pe banda telegrafică. Prin urmare, de fapt, alfabetul codului telegrafic Morse conține trei caractere: un punct, o liniuță, un gol.

Codul telegrafic pentru Baudot este cod binar uniform din cinci cifre. Pe baza ei, în 1932, a fost dezvoltat cod telegrafic internațional ITA2, al cărui tabel de coduri este prezentat peorez. 2.

Orez. 2. Cod telegrafic ITA2

Codurile de caractere binare sunt pliate într-un format de număr hexazecimal de două cifre, în care prima cifră ia valorile 0 sau 1. Există trei tipuri de caractere: litere (litere), numere și semne (cifre), caractere de control (caracterele de control). Trecerea la modul de introducere a literelor are loc prin codul 1F 16 (forma binară 1 1111). Litera A are codul 03 16 (0 0011); cod litera R - 0A 16 (0 1010). Același cod în modul de introducere a cifrelor indică numărul 4. Cuvântul „BODO” în formă hexazecimală este codificat după cum urmează: 19 18 09 18. Lungimea codului binar al acestui cuvânt este 20.

În a doua jumătate a secolului al XX-lea, calculatoarele au fost create și distribuite. Procesarea textului computerizată a necesitat crearea unui standard de codificare a caracterelor. În 1963, a fost adoptat un standard, care a fost numit ASCII - Cod standard american pentru schimbul de informații. ASCII - cod binar pe șapte biți, este dat în tabel. unu.

Codul caracterelor este numărul său de serie din tabelul de coduri. Poate fi reprezentat în sisteme de numere zecimale, binar și hexazecimal. Codul din memoria computerului este un număr binar de șapte biți. În tabel. 1 cod ASCII este prezentat sub formă hexazecimală restrânsă. Când sunt extinse în formă binară, codurile sunt numere întregi binare cu șapte cifre, care variază de la 000 0000 2 = 00 16 = 0 la 111 1111 2 = 7F 16 = 127. 2 7 = 128 de caractere în total.

Primele 32 de caractere (de la 00 la 1F) se numesc caractere de control. Ele nu sunt reflectate de niciun caracter pe ecranul monitorului sau atunci când sunt imprimate, dar determină unele acțiuni atunci când este afișat text. De exemplu, codul 08 16 (BS) șterge caracterul anterior; prin cod 07 16 (BEL) - iesire semnal sonor; codul OD 16 (CR) înseamnă săritură la începutul liniei (retur car). Aceste caractere sunt moștenite din codificarea pentru comunicare prin teletip, pentru care a fost folosit inițial ASCII, așa că s-au păstrat termeni arhaici precum „caret”.

Simbolurile care au un afișaj grafic încep cu codul 20 16 . Acesta este un spațiu - săriți peste o poziție la ieșire. O proprietate importantă a unui tabel ASCII este că literele mari și mici și cifrele zecimale sunt codificate alfabetic. Această proprietate este extrem de importantă pentru procesarea programelor a informațiilor simbolice, în special pentru sortarea alfabetică a cuvintelor.

Extensie de cod ASCII. Codarea binară pe opt biți vă permite să codificați un alfabet de 2 8 = 256 de caractere. Prima jumătate a codului de opt cifre este aceeași cu ASCII. A doua jumătate este formată din caractere cu coduri de la 128 = 80 16 = 1000 0000 2 până la 255 = FF 16 = 1111 1111 2 . Această parte a tabelului de codificare este numită pagina de coduri(pagina de cod CP). Pe pagina de coduri sunt plasate alfabete non-latine, caractere pseudografice și alte caractere care nu sunt incluse în prima jumătate.

În tabel. 2, 3, 4 sunt pagini de coduri cu alfabetul rus. CP866 este utilizat în sistemul de operare MS DOS, CP1251 - în sistemul de operare Windows. Codarea KOI8-R este utilizată în sistemul de operare Unix. Prima sa jumătate este aceeași cu ASCII.

Vă rugăm să rețineți că nu toate codificările respectă regula de codificare secvențială a alfabetului rus. Există și alte standarde de codificare a caracterelor în care este prezent alfabetul rus.

Standard UNICODE pe 16 biți. În 1991, a fost dezvoltat standardul internațional de codificare a caracterelor Unicode pe șaisprezece biți, care vă permite să codificați 216 = 65536 caractere. Limbă engleză (latină), rusă (chirilic), alfabete grecești, caractere chinezești, simboluri matematice și multe altele sunt plasate într-un astfel de tabel de coduri. Nu este nevoie de pagini de coduri. Interval de coduri de caractere în formă hexazecimală: de la 0000 la FFFF.

La începutul tabelului de coduri, în zona de la 0000 16 la 007F 16 , conține caractere ASCII. Sub caractere chirilice, sunt alocate zone de caractere cu coduri de la 0400 16 la 052F 16, de la 2DE0 16 la 2DFF 16, de la A640 16 la A69F 16.

Învățați să programați

Luați în considerare un program Pascal care va afișa un tabel de codificare în intervalul de coduri de la 20 la 255.

program cod_tabel;

folosește CRT; (Conectarea bibliotecii de control

ieșire de caractere)

cod var: octet; (Numere întregi de la 0 la 255)

clrscr; (Ștergerea ecranului de ieșire a caracterelor)

pentru cod:= 20 la 255 do

(Enumerarea codurilor de caractere)

dacă(cod mod 10 = 0) apoi scrie;

(Alimentare după 10 pași)

scrie(chr(kod):3,kod:4);

(Ieșirea simbolului și a codului acestuia)

Operator utilizări CRT conectează la program o bibliotecă de subrutine pentru controlul ieșirii simbolice către ecranul monitorului. În plus, programul folosește o procedură din această bibliotecă: clrscr - ștergerea ecranului.

O variabilă de tip octet ocupă 1 octet de memorie și acceptă un set de valori numerice întregi pozitive în intervalul de la 0 la 255.

Programul folosește funcția standard chr(kod) , care ca rezultat returnează un caracter al cărui cod zecimal este egal cu valoarea variabilei kod .

Valorile sunt afișate în perechi: caracter - cod. Există 10 astfel de perechi într-o linie. Întreaga masă se va potrivi pe 24 de rânduri.

Întrebări și sarcini

1. Definiți conceptele: cod, codificare, decodare.

2. Dați exemple de codificare și decodare care nu au fost menționate în paragraf.

3. Care este diferența dintre codurile uniforme și cele neuniforme?

4. Codificați cuvântul COMPUTER utilizând codurile ITA2 și ASCII.

5. Cum se citește expresia „SPARTAK - CHAMPION”, codificată cu CP1251, dacă decodificarea se face folosind codul KOI8-R?

6. A fost scrisă o scrisoare în codificare KOI8-R, începând cu fraza: „Bună, dragă Sasha!” Decodificarea a avut loc conform codului ASCII pe șapte biți, în urma căruia s-a pierdut cel mai semnificativ (al optulea) bit dintre toate caracterele. Notează textul final. Destinatarul va putea înțelege conținutul scrisorii?

7. Folosind o foaie de calcul, determinați ce pagină de cod este utilizată pe computer. De exemplu, Excel are o funcție CHAR(code) care returnează caracterul corespunzător codului zecimal dat. Funcția inversă acesteia este CODESYM(caracter).

8. Implementați programul Tabl_code pe computer. Completează-l.

9*. Scrieți un program similar care ar scoate coduri de caractere binare.

zece*. Scrieți un program similar care ar scoate coduri de caractere hexazecimale.

§3. Codificarea imaginilor

Potrivit unor estimări, o persoană percepe aproximativ 90% din informațiile din lumea exterioară prin mijloace vizuale. Viziunea umană este o capacitate naturală de a percepe imaginea obiectelor din lumea înconjurătoare. Sistemul vizual percepe lumina reflectată sau emisă de obiectele de observație. Imaginea reflectată este tot ceea ce vedem în lumina zilei sau în lumină artificială. De exemplu, citim o carte, ne uităm prin ilustrațiile din ea. Exemple de imagini emise sunt imaginile de pe ecranul unui televizor sau computer.

Din cele mai vechi timpuri, oamenii au învățat să salveze și să transmită imagini sub formă de desene. Fotografia a apărut în secolul al XIX-lea. Invenția cinematografiei de către frații Lumiere în 1895 a făcut posibilă transmiterea imaginilor în mișcare. În secolul al XX-lea, a fost inventat reportofonul - un mijloc de înregistrare și transmitere a imaginilor pe bandă magnetică.

trucuri codificarea imaginii sunt dezvoltate odată cu apariția tehnologiilor digitale de stocare, transmitere și procesare a imaginilor: fotografie digitală, video digital, grafică pe computer.

La codificarea unei imagini, se efectuează eșantionarea spațială a acesteia și codificarea luminii care emană din fiecare element discret al imaginii. În tehnologia computerelor, o grilă spațială de elemente discrete din care este construită o imagine pe un ecran de monitor se numește raster. Elementele discrete ale imaginii de pe ecran se numesc pixeli (Fig. 3). Cu cât grila de pixeli este mai densă, cu atât calitatea imaginii este mai mare, cu atât ochii noștri observă mai puțin structura sa discretă.

Informațiile video sunt un cod de imagine binar stocat în memoria computerului. Întregul cod video agregat constă din coduri de lumină emise de pixeli individuali.

Imaginile naturale pe care le vedem în jurul nostru sunt multicolore. Tehnologiile de stocare a imaginilor folosesc metode de obținere monocromatic, adică monocrom și colorat imagini (colorate). După cum știți, a apărut prima dată fotografia alb-negru, cinematograful alb-negru și abia mai târziu - fotografia color și cinematografia color. Același lucru este valabil și pentru televiziune. Primele display-uri de computer aveau ecrane alb-negru, computerele moderne folosesc monitoare color.

Culoarea (roșu, galben, verde etc.) este percepția subiectivă a culorii luminii de către o persoană. Diferența obiectivă dintre lumina de diferite culori constă în diferitele lungimi ale undelor luminoase. Natura subiectivă a percepției culorilor este confirmată, de exemplu, de faptul că persoanele care suferă de daltonism nu disting deloc anumite culori.

Codarea luminii monocromatice

Cuvântul „monocromatic” înseamnă o singură culoare. Există unul culoare de fundal. Toată imaginea se obține cu nuanțe această culoare de fundal diferă în luminozitate(se mai spun - transparenta). De exemplu, dacă culoarea de fundal este neagră, atunci prin luminarea treptată a acesteia, puteți trece prin nuanțe de gri până la alb ( orez. patru). Un astfel de set continuu de nuanțe - de la negru la alb - să sunăm spectru alb-negru. Din astfel de nuanțe se obține o imagine în fotografie alb-negru, pe ecrane de film și televiziune. Toate desenele din acest tutorial sunt alb-negru.

Orez. 4. Spectru alb-negru continuu

Cu toate acestea, culoarea de fundal nu trebuie să fie neagră. Poate fi maro, albastru, verde etc. Acest lucru se întâmplă în fotografiile colorate. Erau monitoare monocrome cu o culoare de fundal maro sau verde.

Codul luminii monocrom indică nivelul de luminozitate al culorii de fundal. Calculatoarele folosesc numere binare întregi pozitive pentru a codifica digital lumina. Mărimea codului binar în biți se numește adâncimea codării luminii.

Cu codificare digitală discretă, spectrul continuu de nuanțe ale culorii de bază este împărțit într-un număr întreg de segmente, în cadrul cărora luminozitatea este considerată constantă.

Pentru lumina naturală, numărul de nuanțe ale culorii de fundal este infinit. Cu codarea digitală, numărul de nuanțe devine valoarea finală. Numărul de nuanțe (K) și adâncimea de biți a codificării (b) sunt legate prin formula:

Formula principală a informaticii funcționează din nou!

Luminozitatea reală a imaginii depinde de condițiile fizice ale transmiterii acesteia: nivelul de iluminare de la sursa de lumină atunci când imaginea este reflectată sau puterea fluxului de lumină de la monitor atunci când imaginea este emisă. Dacă luminozitatea maximă este luată ca una, atunci valoarea luminozității luminii în intervalul de la negru la alb va varia de la zero la unu.

Pe orez. Figura 5 prezintă eșantionarea spectrului alb-negru cu b = 2. Aceasta înseamnă că dimensiunea codului este de 2 biți și întregul spectru este împărțit în patru niveluri - 4 nuanțe.

Orez. 5. Codificare monocromatică cu adâncimea 2

Lumina naturală, a cărei luminozitate variază de la 0 la 1/4, va apărea ca neagră, al cărei cod zecimal este 0 și al cărei cod binar este 00. Urmează două nuanțe de gri. Lumina în intervalul de luminozitate de la 3/4 la 1 este reprezentată ca alb, iar codul său este: 3 = 11 2 . Dacă nivelul de luminozitate este exprimat ca procent, atunci regulile de codare alb-negru pentru b = 2 pot fi prezentate în tabel:

Pe orez. 6 arată discretizarea spectrului alb-negru la b = 4. Deoarece 2 4 = 16, 16 nuanțe de alb și negru diferite sunt codificate în acest fel. Sunt date coduri zecimale și binare.

Exemplu. Luați în considerare un exemplu model de codificare a unei imagini alb-negru. Dimensiunea rasterului monitorului este de 8 x 8 pixeli. Adâncimea de codificare este de două:
b= 2 biți. Imaginea este prezentată pe orez. 7. Numerele indică numerotarea rândurilor și coloanelor rasterului. Fiecare celulă este un pixel de imagine.

Litera „P” este desenată pe ecran. Cele trei segmente ale sale sunt vopsite în diferite nuanțe ale culorii de fundal: negru, gri închis și gri deschis. Codul binar pentru imagine ar fi:

Orez. 7. Model discret

Pentru claritate, codul binar este prezentat ca o matrice, ale cărei linii corespund liniilor rasterului de pe ecran. De fapt, memoria computerului este unidimensională și tot codul este un lanț de zerouri și unități situate în octeți consecutivi de memorie. Volumul acestor informații video este egal cu 16 octeți. Dacă traducem acest cod în formă hexazecimală, atunci va fi după cum urmează:

FFFF D55F CFEF CFEF CFEF CFEF FFFF FFFF

La codificarea unei imagini color, sunt utilizate diverse abordări, care sunt numite modele de culoare. Acest lucru va fi discutat în detaliu în secțiunea despre tehnologiile grafice pe computer.

Întrebări și sarcini

1. Definiți conceptele: lumină, culoare, imagine.

2. Ce nu poate fi văzut și ce poate fi văzut în întuneric absolut?

3. Ce este un raster, un pixel?

4. Care este diferența dintre o imagine monocromă și una color?

5. Ce este spectrul alb-negru?

6. Ce informații sunt conținute în codul computerizat al imaginii?

7. Care este dimensiunea codului video al imaginii afișate pe ecran, cu o dimensiune raster de 640x480 și o adâncime de codare de 8 biți?

8. Care este adâncimea de codificare a imaginii dacă dimensiunea codului video este de 384 KB și dimensiunea rasterului este 1024x768?

9. Volumul codului video este de 600 Kb, adâncimea de codificare este de 16 biți. Care este dimensiunea rasterului folosită pentru afișarea imaginii: 640x480 sau 1024x768?

10. Pe un monitor „jucărie” alb-negru cu o rezoluție de 8 x 8 pixeli (vezi exemplul din paragraf), literele sunt afișate pe rând: H, A, W. Elaborați și notați pentru fiecare ieșire imaginează codurile sale binare și hexazecimale. Adâncimea de codificare este de două. Diferitele elemente ale literelor au nuanțe de culoare diferite.

11. Restaurați imaginea pe un monitor alb-negru „jucărie” cu codul hexazecimal: F3F7 F3D7 F37F F1FF F3BF F3EF F3FB FFFF, - dacă adâncimea de codificare este de două.

§patru. Tehnologia de codificare a semnalului analogic

În §1 au fost introduse definițiile conceptelor „semnal analogic” și „semnal discret”. Semnalul luminos este analog, deoarece este transportat de un flux continuu de radiații electromagnetice. Semnalul sonor este purtat de o undă acustică, care generează un proces continuu de modificare a presiunii aerului cu frecvența sunetului.

Pentru a salva imaginea și sunetul în format digital, semnalele analogice corespunzătoare trebuie să fie codificate, adică sunt prezentate ca o succesiune discretă de zerouri și unu - cifre binare. Procesul de conversie a unui semnal analogic în formă digitală discretă se numește conversie analog în digital, sau ADC pe scurt.

Pe orez. 8 prezintă un circuit pentru convertirea oricărui semnal analogic de origine naturală într-un cod digital discret.

Din această schemă rezultă că atât semnalele luminoase, cât și cele sonore sunt inițial convertite într-un semnal electric continuu, care este apoi supus conversiei analog-digital.

Digitalizarea imaginii are loc în timpul fotografierii cu camere digitale și camere video, precum și atunci când o imagine este introdusă într-un computer folosind un scaner. Baza procesului fizic de transformare a luminii în curent electric este fenomenul apariției unei sarcini electrice într-un dispozitiv semiconductor - fotodiodă sub influența luminii care cade asupra ei.

Mărimea potențialului electric care apare pe fotodiodă este proporțională cu luminozitatea fluxului de lumină. Această valoare se modifică continuu pe măsură ce luminozitatea luminii se modifică.

Conversia analog-digitală este de a măsura magnitudinea semnalului electric.

Rezultatele măsurătorilor în format digital sunt stocate în dispozitivul de memorie. Eșantionarea spațială are loc prin utilizarea unei rețele de fotodiode care împarte imaginea într-un număr finit de elemente.

Codificare audio

Să aruncăm o privire mai atentă asupra procesului ADC folosind exemplul de codificare a sunetului atunci când acesta este introdus într-un computer. Când înregistrați sunetul într-un computer, dispozitivul care convertește undele sonore într-un semnal electric este un microfon. Conversia analog-digitală este realizată de un circuit electronic situat pe placa de sunet (placa de sunet) a computerului la care este conectat microfonul.

Amplitudinea și frecvența semnalului electric care vine de la microfon și care vine pe placa de sunet corespunde proprietăților de amplitudine și frecvență ale semnalului acustic. Prin urmare, măsurarea unui semnal electric face posibilă determinarea caracteristicilor unei unde sonore: frecvența și amplitudinea acesteia.

Un semnal analogic este un proces de schimbare continuă a amplitudinii semnalului în timp ( orez. 9).

Orez. 9. Eșantionarea semnalului analogic

Există doi parametri principali de codificare audio: rata de eșantionare și adâncimea de biți. Amplitudinea semnalului este măsurată la intervale regulate de timp. Se numește valoarea unui astfel de interval de timp etapa de eșantionare, care se măsoară în secunde. Să notăm pasul de discretizare t (с). Apoi, frecvența de eșantionare este exprimată prin formula:

H = 1/ t (Hz)

Frecvența se măsoară în herți. Un hertz corespunde unei măsurători pe secundă: 1 Hz = 1 s -1.

Cu cât este mai mare rata de eșantionare, cu atât mai detaliat codul numeric va reflecta modificarea amplitudinii semnalului în timp. O bună calitate a înregistrării sunetului se obține la rate de eșantionare de 44,1 kHz și mai mari (1 kHz = 1000 Hz).

Codificarea adâncimii de biți ( b) este dimensiunea codului binar care va reprezenta amplitudinea semnalului din memoria computerului. Adâncimea de biți este legată de numărul de niveluri de împărțire a amplitudinii semnalului prin formula:

Procesul de eșantionare a amplitudinii sunetului se numește cuantizare a sunetului. Atunci valoarea lui K poate fi numită numărul de niveluri de cuantizare a sunetului ( orez. 10).

Orez. 10. Cuantificarea semnalului analogic

Se introduc valorile mărimii măsurate registru placa de sunet - memorie specială a dispozitivului. Lățimea de biți a registrului este b - codificare cu adâncimea de biți.În continuare, această valoare va fi numită și adâncimea de biți de cuantizare. Rezultatul măsurării este reprezentat în registru ca un întreg binar.

Valoarea fizică măsurată este rotunjită la cea mai apropiată valoare întreagă care poate fi stocată în registrul plăcii de sunet.

Pe orez. 11 arată cum se întâmplă acest lucru cu o cuantizare pe trei biți a unui semnal analogic. Grafic, eșantionarea și cuantizarea sunetului poate fi reprezentată ca o tranziție de la o curbă netedă la o linie întreruptă, constând din segmente orizontale și verticale. Se presupune că la fiecare pas de timp valoarea mărimii măsurate rămâne constantă.

Orez. 11. Măsurarea unei mărimi fizice variabile
folosind un registru de trei cifre

Rezultatele unei astfel de măsurători vor fi înregistrate în memoria computerului ca o secvență de numere binare din trei cifre.

Volumul informațiilor sonore înregistrate este egal cu:

3 x 9 = 27 de biți.

De fapt, eșantionarea pe trei biți nu este utilizată în practică. Această opțiune este considerată aici doar ca un exemplu de antrenament. Cea mai mică dimensiune a registrului pentru dispozitivele reale este de 8 biți. În acest caz, o valoare măsurată va lua 1 octet din memoria computerului, iar numărul de niveluri de cuantizare este 2 8 = 256. Măsurătorile cu un astfel de registru vor fi de 32 de ori mai precise decât cu un registru de trei cifre. Cu un registru de 16 biți, fiecare valoare din memorie va lua 2 octeți și numărul de niveluri de cuantizare:
2 16 = 32 768. Cu cât lungimea biților de cuantizare este mai mare, cu atât este mai mare precizia de măsurare a mărimii fizice. Dar, în același timp, crește și cantitatea de memorie ocupată.

Reprezentarea digitală discretă a unui semnal analogic îl reflectă mai precis, cu cât rata de eșantionare și adâncimea de biți de cuantizare sunt mai mari.

Teorema Nyquist-Kotelnikov. O persoană aude vibrații sonore aproximativ în intervalul de frecvență de la 20 Hz la 20 kHz. Se numește sunetul cu frecvențe peste acest interval ecografie, sunet cu o frecvență mai mică - infrasunete.În teoria comunicațiilor, este cunoscută teorema Nyquist-Kotelnikov, conform căreia frecvența de eșantionare ADC trebuie să fie de cel puțin 2 ori mai mare decât frecvența semnalului analogic. Aceasta înseamnă că dacă dorim să stocăm informații despre sunet cu o frecvență de 20 kHz în cod binar, atunci frecvența de eșantionare trebuie să fie de cel puțin 40 kHz. Standardul audio digital actual folosește o rată de eșantionare de 44,1 kHz.

Putem da următoarea analogie figurativă a acestei teoreme. Dimensiunea ochiului plasei de pescuit depinde de dimensiunea peștelui care va fi ținut în ea. Cu cât celulele sunt mai mici, cu atât peștele este mai mic ținut de plasă. Parafrazată într-un mod de pescuit, teorema Nyquist-Kotelnikov va suna astfel: lungimea laturii unei celule pătrate a plasei ar trebui să fie jumătate din dimensiunea transversală a celui mai mic pește pe care doriți să-l prindeți cu plase. De exemplu, dacă dimensiunea transversală a peștelui ar trebui să fie de cel puțin 10 cm, atunci partea celulei pătrate a plasei de pescuit nu trebuie să fie mai mare de 5 cm. Când se efectuează ADC, armonicile „prinse” sunt similare cu peștele. căderea în plase; etapa de eșantionare este similară cu dimensiunea celulei rețelei. Mai multe despre armonici vor fi discutate în paragraful următor.

Sarcina 1. Sunetul a fost înregistrat într-un computer timp de 10 secunde. Determinați cantitatea de informații înregistrate dacă frecvența de eșantionare a fost de 10 kHz și lungimea biților de cuantizare a fost de 16 biți.

Numărul de măsurători ale semnalului sonor (N) la rata de eșantionare H (Hz) pentru timpul t (s) se calculează prin formula: N = H·t. Înlocuind datele problemei, obținem: N = 10.000 10 = 100.000 de măsurători. Adâncime de biți de cuantizare: 16 biți = 2 octeți. De aici și volumul informațiilor sonore:

I \u003d 100.000 2 \u003d 200.000 b \u003d 200.000 / 1024 Kb \u003d 195,3125 Kb

Sarcina 2. Sunetul înregistrat este stocat în fișier. Datele nu au fost comprimate. Dimensiunea fișierului este de 1 MB. Se știe că înregistrarea a fost făcută la o frecvență de 22 kHz cu o adâncime de biți de cuantizare a sunetului - 8 biți. Determinați timpul de redare atunci când redați un sunet stocat într-un fișier.

Din rezolvarea problemei anterioare, rezultă că cantitatea de informații audio (I), frecvența de eșantionare (H), adâncimea de biți de cuantizare (b) și timpul de înregistrare a sunetului (t) sunt interconectate prin formula:

Dacă sunetul înregistrat este redat fără distorsiuni, atunci timpul de redare este egal cu timpul de înregistrare. De aici, valoarea dorită este calculată prin formula:

t = I/(Hb)

Când calculăm, traducem valorile lui I și b în octeți, iar valoarea lui H în herți:

t = 1 1024 1024/(22 000 1) 47,66s

Întrebări și sarcini

1. Numiți principalele etape ale tehnologiei de codificare a unui semnal analogic de origine naturală.

2. În ce dispozitive are loc codarea luminii?

3. Ce dispozitive tehnice sunt folosite pentru a codifica sunetul?

4. Dați definiții conceptelor: rata de eșantionare, adâncimea de biți de cuantizare, niveluri de cuantizare.

5. Determinați cantitatea de cod digital la înregistrarea sunetului timp de 1 minut, dacă frecvența de eșantionare a fost de 44,1 Hz, iar bitul de cuantizare a fost de 8 biți.

6. Determinați rata de eșantionare la codificarea audio, dacă volumul fișierului audio este de 500 Kb, timpul de înregistrare este de 0,5 minute, adâncimea de biți de cuantizare este de 16 biți. Fișierul este obținut după comprimarea de 50% a codului sursă.

Graficul funcției Y(x) - o afișare vizuală (grafică) a dependenței valorii funcției Y de valoarea argumentului x. Graficul este reprezentat grafic în sfera definiției funcției (intervalul argumentului x) și a intervalului de valori Y. Dacă funcția are un domeniu infinit de definiție, atunci pentru trasarea segmentului, în cadrul căruia este comportamentul funcției cel mai tipic, este selectat. Graficul unei funcții periodice ar trebui să reflecte cel puțin o perioadă de schimbare a valorilor funcției.

Experimentul 1: vibrații armonice

Luați în considerare o metodă pentru construirea unui grafic al unei funcții periodice care descrie oscilațiile armonice. Oscilațiile armonice se numesc modificări periodice în timp ale unei anumite mărimi fizice, descrise prin funcții sinus sau cosinus.În general, arată astfel:

Y = A păcat(2 vt + j) sau Y = A cos(2vt + j)

Aici A este amplitudinea oscilației; t - timp (argumentul funcției); v- frecvența de oscilație, măsurată în herți; j - faza iniţială a oscilaţiilor.

Perioada funcțiilor sin și cos este 2. Valoarea funcției (Y) variază în intervalul de la –A la +A. Graficul unei funcții sinusoidale se numește sinusoid.

Se numesc vibrațiile sonore descrise de o funcție armonică vibratii armonice. Tonuri muzicale pure: do, re, mi etc. - sunt vibrații sonore armonice de diferite frecvențe. Vibrațiile sonore armonice sunt emise de un diapazon - o sursă de referință a tonului muzical. Oscilațiile armonice sunt efectuate de un pendul matematic. Într-un circuit oscilator electric, puterea curentului se modifică periodic conform unei legi armonice.

Luați în considerare o modalitate de a reprezenta o funcție armonică într-un mediu de foi de calcul. Vom arăta cum se face acest lucru folosind foaia de calcul MS Excel ca exemplu.

Lucrarea se desfășoară în două etape:

1 - tabularea funcției;

2 - trasarea graficului unei funcții.

Foaia de calcul rezultată este afișată în orez. 12.

Orez. 12. Tabelul și graficul funcției armonice.

Parametrii funcției sunt frecvența de oscilație n și amplitudinea A. Acești parametri sunt introduși, respectiv, în celulele C1 și C2. Valoarea fazei inițiale j va fi luată egală cu zero.

Tabularea este construirea unui tabel de valori ale funcției pe un anumit interval de valori ale argumentului cu un pas constant. Tabulatorul (t) este scris în celula G1.

Tabelul este plasat în celulele A4:B25. Coloana A conține valorile argumentului - timp t, în coloană B - valorile funcției Y=A sin(2 vt). Modificarea timpului pleacă de la valoare t= 0 (celula A5). Celula A6 conține formula: =A5+$G$1 . În plus, această formulă este copiată în următoarele celule ale coloanei A. Acest lucru asigură că timpul se schimbă cu un pas constant, stocat în celula G1.

Următoarea formulă este introdusă în celula B5:

=$C$2*SIN(2*PI()*$C$1*A5).

Această formulă calculează valoarea funcției din argumentul din celula A5. Funcția standard PI() returnează valoarea numărului pitagoreic p. Formula din celula B5 este copiată pe coloană în celula B25.

Pe orez. 12 arată rezultatele tabulării funcției pentru valori n = 10 Hz, A = 1. Pasul de tabelare se face egal cu 0,005. La o frecvență de 10 Hz, perioada de oscilație este 1/10 = 0,1 s. Cu un pas de tabulare de 0,005, 20 de pași se potrivesc pe o perioadă. Acesta este un număr destul de suficient de valori pentru a reprezenta un grafic al funcției.

Construirea unui grafic. Pentru procesarea grafică a datelor în procesorul de foi de calcul, există un vrăjitor pentru construirea de diagrame și grafice. Apelul său are loc prin meniu prin comenzi: Inserare - Diagrame. Următorii pași ai algoritmului sunt următorii:

1 - selectați tipul de diagramă: standard - punct, vedere - linii netede

2 - setați intervalul de date (valorile funcției): în coloane - B5:B25 ; fila RÂND, valori X: A5:A25

3 - definiți antetul: Y=A păcat(2vt) ; etichete axelor: Multumesc; linii de grilă; legenda (niciuna); semnături de date (niciuna).

4 - precizați pe ce foaie a cărții să marcați diagrama.

Faceți clic pe DONE. Graficul a fost construit.

Grosimea liniei, culoarea de fundal, tipul de grilă de coordonate pot fi configurate separat folosind meniul contextual (prin butonul din dreapta al mouse-ului), setând formatele dorite de obiect.

O persoană aude vibrații sonore, în medie, în intervalul de frecvență de la 20 Hz la 20 kHz. Frecvența de 10 Hz este frecvența infrasunetelor. Unele animale îl percep după ureche. Dacă frecvența este dublată, atunci limita inferioară de frecvență a auzului uman va fi atinsă. Dar apoi două perioade de oscilații se vor încadra în intervalul de timp de 0,1 secunde. Un astfel de experiment este ușor de realizat pe foaia de calcul construită. Schimbați valoarea frecvenței din celula C1 la 20, după care tabelul va fi recalculat, iar graficul va lua forma prezentată în orez. 13.

Orez. 13. Graficul vibrațiilor sonore pentru n = 20 Hz

Pe intervalul de timp de 0,1 secunde se potrivesc 2 perioade ale funcției. Prin urmare, perioada de oscilație este de 0,05 secunde.

Sarcini. Rulați câteva experimente cu foi de calcul pentru valorile frecvenței: 5, 15, 30, 40 Hz. În fiecare caz, determinați câte perioade de oscilație se încadrează în intervalul de 0,1 secunde.

Experimentul 2: vibrații nearmonice

În ramura matematicii numită analiza armonică, se dovedește că orice funcție periodică Y(t) cu frecvența n poate fi reprezentată ca o sumă de funcții armonice (sinusoidale) cu frecvențele n, 2n, 3n, 4n... Astfel de termeni se numesc armonici, iar reprezentarea unei funcții ca sumă de armonici se numește expansiune armonică a acesteia:

Y(t) = A 1 sin(2 v t + j1) + A 2 păcat( 4v t + j 2) + A 3 păcat( 6v t + j 3) + …

Aici A 1, A 2, ... - amplitudini ale armonicilor, j 1 , j 2 , …. sunt fazele inițiale ale armonicilor. Numărul de termeni pentru unele funcții poate fi finit, dar poate fi și infinit.

Exemplu. Să construim un grafic al unei funcții periodice nearmonice, reprezentată ca suma a două armonice:

Y(t) = A 1 sin(2 v t ) + A 2 sin( 4v t )

Fazele inițiale sunt egale cu zero. Să efectuăm calcule pentru următoarele valori ale parametrilor: v\u003d 20 Hz, A 1 \u003d A 2 \u003d 1. Așa cum a fost mai sus, vom efectua calcule pe intervalul de timp de la 0 la 0,1 secunde, pasul de tabulare este 0,005.

Pentru a obține un tabel de valori, înlocuiți conținutul celulei B5 cu următoarea formulă:

=$C$2*SIN(2*PI()*$C$1*A5)+$C$2*SIN(2*PI()*2*$C$1*A5)

Apoi copiați această formulă în coloana B.

Orez. 14. Graficul oscilațiilor nearmonice

Graficul trasat este prezentat în orez. 14. Din grafic se poate observa că perioada de oscilație este de 0,05 s, adică. egală cu perioada primei armonice. Amplitudinea maximă de oscilație a crescut și a devenit egală cu aproximativ 1,54.

1. Obțineți un grafic al oscilațiilor, care diferă de cele considerate în exemplu prin faptul că amplitudinea celei de-a doua armonice este jumătate din cea a primei: A2 = A1/2.

2. Obțineți un grafic al fluctuațiilor, format din trei armonice cu următorii parametri: A 1 = 1,
v n 1 \u003d 20 Hz; A 2 \u003d A 1 / 2,v 2 = 2v 1 Hz; A 3 \u003d A 2 / 2,v 3 = 2v 2 Hz. Fazele inițiale sunt egale cu zero.

3. Obțineți un grafic al oscilațiilor care sunt alcătuite din două armonice cu următorii parametri: A 1 = 1,v 1 = 20 Hz, j 1 = 0; A 2 \u003d A 1,v 2 = 2v 1 Hz, j 2 \u003d p / 2. Comparați graficul rezultat cu graficul de pe orez. 14. Cum a afectat defazajul dintre armonici amplitudinea oscilațiilor, perioada oscilațiilor?

Experimentul 3: Eșantionarea și cuantizarea vibrațiilor sonore

Acest experiment simulează procesul de conversie analog-digital. ADC include eșantionarea semnalului de timp şi cuantizarea valorile amplitudinii semnalului. Eșantionarea în timp este determinată de valoarea frecvenței de eșantionare H (Hz). Intervalul de timp dintre două măsurători este de 1/N secunde.

Procesul de cuantificare a amplitudinii este determinat de parametrul de adâncime a cuantizării audio: b. Numărul de niveluri de cuantizare este 2 b . Codurile care determină amplitudinea semnalului audio sunt numere întregi în intervalul de la 0 la 2 b - 1.

Modelul procesului de cuantificare a semnalului audio implementat în foaia de calcul este prezentat în fig. 15. Considerăm un semnal armonic cu o frecvență n = 20 Hz. Valoarea frecvenței semnalului este stocată în celula C1. Frecvența de eșantionare a ADC este H = 200 Hz (celula C2). Adâncimea de cuantizare b = 8 biți (celula G2).

Coloana A conține momentele de timp ale măsurătorilor semnalului în timpul execuției ADC. În celula A5 - momentul inițial de timp t = 0. Apoi timpul crește în trepte de 1/H s. Celula A6 conține formula: =A5+1/$C$2 . În plus, această formulă este copiată în coloana A.

Valoarea amplitudinii semnalului analogic este calculată prin formula:

Y = 0,5(1+sin(2 v t ))

O astfel de transformare a sinusoidului o transferă în regiunea valorilor Y nenegative în intervalul de la 0 la 1. Acest lucru se face pentru a simplifica descrierea procesului de cuantificare ulterioară. Celula B5 conține următoarea formulă: =(1+SIN(2*PI()*$C$1*A5))/2 . Această formulă este apoi copiată în coloana B.

În coloana C se obțin codurile de măsurare a amplitudinii semnalului, reprezentate prin numere zecimale întregi. Când sunt scrise în memoria computerului, acestea sunt convertite în sistemul de numere binar. Formula este plasată în celula C5: =INTEGER(B5*2^$G$2) . Semnificația sa este următoarea: deoarece Y se află în intervalul de la 0 la 1, valoarea expresiei va fi egală cu numerele întregi din intervalul de la 0 la 2 b . Aici, parantezele pătrate indică selecția părții întregi a numărului.

Când construiți o diagramă „Codificare semnal”, selectați tipul „Histogramă”. Forma discretă a histogramei reflectă în mod clar natura discretă a codului. Tabelul se bazează pe 21 de măsurători de semnal. Pentru valorile date ale lui n și H, a fost posibil să se măsoare două perioade de oscilații ale semnalului.

La modificarea celor trei parametri ai modelului: v, H și b - tabelul va fi recalculat automat. De exemplu, dacă creșteți rata de eșantionare de 2 ori, adică pus într-o celulă C2 este numărul 400, apoi obținem graficele prezentate pe orez. 16.

Orez. 15. Semnal analogic armonic și rezultatele cuantizării.

Orez. 16. ADC cu o rată de eșantionare de 400 Hz

Măsurătorile au fost făcute pe o singură perioadă de oscilație. Codul discret descrie acum procesul oscilator mai detaliat.

Orez. 17. ADC cu o adâncime de cuantizare de 16 biți
și o rată de eșantionare de 400 Hz

Histograma de cuantizare activată orez. 17 a fost obținut pentru b = 16. Se poate observa că intervalul valorilor codului a crescut. Prin urmare, codificarea oferă informații mai precise despre puterea semnalului decât cu b = 8.

1. Efectuați calcule cu valorile parametrilor:
v= 20 Hz, H = 100 Hz, b = 8 biți. Comparați cu rezultatele de pe orez. 15. Trageți concluzii.

2. Efectuați experimente numerice de codificare a oscilațiilor nearmonice. Luați funcțiile care descriu oscilațiile nearmonice din sarcinile pentru experimentul nr. 2.

3*. Din teorema Nyquist-Kotelnikov rezultă că, pentru a reconstrui oscilațiile armonice cu frecvența n dintr-un cod discret, frecvența de eșantionare trebuie să fie nu mai mică de 2 v, adică trebuie îndeplinită condiția: H 2v. Încercați să testați această teoremă pe modelul nostru. Încercați să vă explicați rezultatele.

4. Scrieți un program Pascal care simulează procesul de codificare a unui semnal analogic (fără grafică). Programul ar trebui să reproducă tabelele care au fost obținute mai sus în mediul tabelar.

§6. Compresie binară

Orice informație dintr-un computer este reprezentată sub forma unui cod binar. Cu cât cantitatea acestui cod este mai mare, cu atât este mai mult spațiu de memorie, cu atât este necesar mai mult timp pentru transmiterea lui pe canalele de comunicație. Toate acestea afectează performanța computerului, eficiența utilizării rețelelor de calculatoare.

Reducerea datelor are loc prin compresia codului binar. Există două situații de compresie:

1) pierderea de informații ca urmare a compresiei este inacceptabilă;

2) pierderea parțială a informațiilor ca urmare a comprimării este acceptabilă.

In primul caz comprimare, sau pachet, datele sunt produse doar pentru stocarea lor temporară pe medii sau transmisie prin canale de comunicare. Pentru a lucra cu aceste date, aveți nevoie despachetarea, adică reducerea la forma originală. În acest caz, nu ar trebui să se piardă niciun bit. De exemplu, dacă textul este comprimat, atunci după decompresie, niciun caracter nu ar trebui să fie distorsionat în el. De asemenea, programul comprimat trebuie să fie complet recuperabil, deoarece cea mai mică corupție îl va face inoperabil. Compresia fără pierderi este folosită în mod obișnuit la creare și arhive de fișiere.

Ambalarea cu pierdere parțială a informațiilor se realizează prin comprimarea codului imaginii (grafică, video) și a sunetului. Această posibilitate este asociată cu capacitățile subiective ale vederii și auzului uman.

Oamenii de știință au arătat că vederea noastră este mai mult afectată de luminozitatea punctului de imagine (pixel), decât de proprietățile sale de culoare. Prin urmare, cantitatea de cod video poate fi redusă datorită faptului că codurile de culoare sunt stocate nu pentru fiecare pixel, ci după unu, doi etc. pixeli raster. Cu cât aceste goluri sunt mai mari, cu atât datele video sunt mai comprimate, dar calitatea imaginii se deteriorează.

La codificarea filmelor video - o imagine dinamică, se ia în considerare proprietatea de inerție a vederii. Clipurile video cu mișcare rapidă pot fi codificate cu mai puține detalii decât cadrele statice.

Cel mai greu de comprimat este codul audio. Cu o calitate bună a înregistrării, volumul său în formă necomprimată este foarte mare, iar redundanța este relativ mică. De asemenea, folosește caracteristicile psihofiziologice ale auzului uman. Se ia în considerare la ce armonici ale sunetului natural auzul nostru este mai susceptibil și la care - mai puțin. Armonicile slab perceptibile sunt filtrate prin procesare matematică. De asemenea, compresia este facilitată prin luarea în considerare a relației neliniare dintre amplitudinea vibrațiilor sonore și percepția volumului sunetului de către urechea noastră.

Diferiți algoritmi de compresie a codului de imagine și sunet sunt utilizați pentru a implementa diverși formate de prezentare pentru grafică, video și sunet. Mai multe despre acest lucru vor fi discutate în secțiunea despre tehnologia informației.

Ambalare fără pierderi de informații. Există două abordări pentru a rezolva problema comprimării informațiilor fără a le pierde. Prima abordare se bazează pe utilizarea unui cod simbolic neuniform. A doua abordare se bazează pe ideea identificării fragmentelor de cod duplicate.

Să luăm în considerare o modalitate de a implementa prima abordare. Într-un tabel de codificare a caracterelor pe opt biți (de exemplu, KOI-8), fiecare caracter este codificat cu opt biți și, prin urmare, ocupă 1 octet în memorie. În secțiunea 1.2.3 a manualului nostru, s-a spus că frecvența de apariție a diferitelor litere (caractere) în text este diferită. S-a arătat, de asemenea, acolo că ponderea informațională a simbolurilor este cu atât mai mare, cu atât frecvența lor de apariție este mai mică. Ideea comprimării textului în memoria computerului este legată de această circumstanță: refuzul de a codifica toate caracterele cu coduri de aceeași lungime. Simboluri cu mai puțină greutate informațională, de ex. care apar frecvent, codifică cu un cod mai scurt în comparație cu caracterele care apar mai puțin frecvent. Cu această abordare, este posibil să se reducă semnificativ cantitatea de cod text general și, în consecință, spațiul pe care îl ocupă în memoria computerului.

Am luat în considerare deja codul Morse, în care se aplică principiul cod neuniform. Dacă punctul este codificat cu zero, iar liniuța cu unu, atunci acesta va fi un cod binar. Adevărat, există o problemă de separare a literelor unele de altele. Într-un mesaj telegrafic, se rezolvă cu o pauză - de fapt, al treilea caracter din codul Morse.

Una dintre cele mai simple, dar foarte eficiente moduri de a construi un cod binar neuniform care nu necesită un separator special este algoritmul D. Huffman (D.A. Huffman, 1952). O variantă a tabelului de coduri Huffman pentru literele mari ale alfabetului latin este dată în tabel. 5.

În acest tabel, literele sunt aranjate în ordinea descrescătoare a frecvenței de apariție în text. Literele E și T cel mai frecvent utilizate în texte au coduri de 3 biți. Și cele mai rare litere Q și Z sunt de 10 biți. Cu cât este mai mare dimensiunea textului codificat cu un astfel de cod, cu atât volumul de informații este mai mic în comparație cu volumul atunci când se utilizează o codificare pe un singur octet.

Particularitatea acestui cod este așa-numitul său prefix structura. Aceasta înseamnă că codul oricărui caracter nu coincide cu începutul codului tuturor celorlalte caractere. De exemplu, codul pentru litera E este 100. Uită-te la tabel. 5. Nu există alt cod care să înceapă cu aceste trei caractere. Pe această bază, caracterele sunt separate unele de altele într-un mod algoritmic.

Exemplu 1. Folosind codul Huffman, codificați următorul text, format din 29 de caractere:

AVEM MAI MULTĂ NĂSPĂRI PENTRU SCHI

Folosind tabelul. 5, codificați șirul:

011101 100 1100 100 100 11011 00011 1110 1011 100 0110 1100 1110 011101 01001 1110 1011 011100 100 001 001 100 1011 0110 110100011 1010 1010 1100 00001

După plasarea acestui cod în memorie octet cu octet, acesta va lua forma:

01110110 01100100 10011011 00011111 01011100 01101100 11100111 01010011 11010110 11100100 00100110 01011011 01101000 11101010 10110000 001

În formă hexazecimală, se va scrie astfel:

76 64 9B 1F 5C 6C E7 53 D6 E4 26 5B 68 EA B0 20.

Astfel, un text codificat ASCII de 29 de octeți ar ocupa 16 octeți de text codificat Huffman. Raportul de compresie este raportul dintre dimensiunea codului în octeți după comprimare și dimensiunea înainte de comprimare (adică în codificarea pe 8 biți).În acest exemplu, raportul de compresie sa dovedit a fi 16/29 0,55.

Decodarea (despachetarea) textului se realizează folosind codificare huffman arbore binar. Reprezentare grafică a arborelui Huffman corespunzătoare Tabelului. 5 este prezentat în fig. 18. Un arbore se numește binar dacă nu ies mai mult de două ramuri din fiecare vârf.

Frunzele acestui copac, situate la capetele ramurilor, sunt simbolurile alfabetului. Codul simbolului este format dintr-o succesiune de cifre binare situate pe calea de la rădăcina arborelui la frunza simbol.

Decomprimarea textului are loc prin scanarea codului binar de la stânga la dreapta, începând cu prima cifră, deplasându-se de la rădăcină de-a lungul ramurilor corespunzătoare (având același cod binar) ale arborelui până când se ajunge la o literă. După selectarea unei litere din cod, procesul de decodare a următoarei litere începe din nou de la rădăcina arborelui binar.

Exemplul 2. Decodificați următorul cod binar obținut de algoritmul Huffman (codul este separat în octeți prin spații):

01010001 00100101 00100011 11111100

Deplasându-ne de-a lungul arborelui Huffman, începând cu prima cifră din stânga, obținem următoarea transcriere:

S-a dovedit cuvântul HUFFMAN. Codul ambalat a durat 4 octeți, codul sursă -
7 octeți. Prin urmare, raportul de compresie a fost 4/7 0,57.

copac pe orez. 18 este o versiune prescurtată a codului Huffman. În totalitate, ar trebui să țină cont de toate caracterele posibile găsite în text: spații, semne de punctuație, paranteze etc.

În programele care comprimă text, se construiește un tabel de frecvență a caracterelor pentru fiecare text procesat și apoi sunt generate coduri de diferite lungimi, cum ar fi codurile Huffman. În acest caz, compresia textului devine și mai eficientă, deoarece codificarea este reglată special pentru acest text. În teoria programării, algoritmii care găsesc soluția optimă pentru fiecare variantă de problemă specifică sunt numiți algoritmi greedy.

La metode compresie ținând cont de numărul de repetări Fragmentele de cod includ algoritmul RLE și algoritmul Lempel-Ziv. În algoritmul RLE, sunt identificate grupuri de coduri consecutive identice de un octet. Fiecare astfel de grup este înlocuit cu doi octeți: primul indică numărul de repetări (nu mai mult de 127), al doilea - octetul care se repetă. Un astfel de algoritm, datorită simplității sale, funcționează destul de repede. Oferă cea mai mare eficiență la comprimarea informațiilor grafice care conțin zone mari de umbrire uniformă.

Algoritmii Lempel-Ziv (LZ77, LZ78) detectează secvențe repetate de octeți. Ele pot fi numite în mod condiționat cuvinte. Dacă în timpul examinării secvențiale a datelor este găsit un cuvânt care a fost deja întâlnit înainte, atunci se formează o legătură către acesta sub forma unui decalaj înapoi în raport cu poziția curentă și lungimea cuvântului în octeți. Implementarea software a unor astfel de algoritmi este mai complicată decât pentru metoda RLE. Dar efectul compresiei este mult mai mare.

Vom reveni la metodele de codificare a informațiilor când vom avea în vedere metodele de protecție a datelor prin criptare.

Întrebări și sarcini

1. În ce cazuri, când datele sunt comprimate, poate fi permisă pierderea parțială a informațiilor și în ce cazuri este imposibilă?

2. Cum codurile de lungime variabilă permit textul să fie „comprimat”?

3. Codați următorul text folosind codurile Huffman:

AN NOU FERICIT. Calculați raportul de compresie.

4. Descifrați următorul cod folosind un arbore Huffman binar:

11110111 10111100 00011100 00101100 10010011

01110100 11001111 11101101 001100

5. Care este ideea din spatele algoritmului de compresie RLE? Ce tip de informații este cel mai bine comprimat de acest algoritm?

6. Care este ideea din spatele algoritmului de compresie Lempel-Ziva?

7. Ce proprietăți ale vederii și auzului uman sunt folosite pentru a comprima informațiile grafice și sonore?

Pentru mai multe informații despre algoritmii de compresie, vezi: Andreeva E.V., Bosova L.L., Falina I.N. Fundamentele matematice ale informaticii. M.: BINOM. Laboratorul de cunoștințe, 2007.

Oamenii încă se ceartă care este mai bine: tehnologia analogică sau digitală. În același timp, acesta din urmă cucerește lumea în final și irevocabil. De exemplu, nu a existat un singur film de 35 mm la Festivalul de Film de la Sydney anul acesta – industria filmului se inspiră din noile tehnologii.

Aruncă o privire la ARIA Top 10 Music Hits (hit parada oficială a Asociației Australian Recording Industry): această muzică nu a fost niciodată înregistrată folosind casetofone de studio, până de curând considerată indispensabilă. În cele din urmă, fotografi au preferat de mult camerele digitale în detrimentul celor analogice.

Toate exemplele de mai sus sunt legate de mediile utilizate pentru a înregistra rezultatele creativității. Anterior, autorii păstrau roadele muncii lor pe bandă magnetică sau film, acum preferă tehnologiile digitale și mediile adecvate.

Creativitatea acum se rezumă în mare parte la manipularea celor mai recente mass-media pentru a spune o poveste, pentru a evoca un răspuns emoțional, pentru a pune întrebări, pentru a distra publicul - adică pentru a face toate lucrurile pe care arta ar trebui să le facă.

Cu toate acestea, în era digitală, există tot mai mulți tineri nostalgici pentru vechile media analogice. Uneori, o astfel de dependență de lucruri pe care nu le-au folosit niciodată se limitează la fetișism.

Nu cu mult timp în urmă, muzicianul Jack White a surprins pe toată lumea înregistrând pe un magnetofon de epocă cu 8 piese. Și acesta este departe de a fi un caz izolat. Reînvierea studiourilor de înregistrări „pe casete” și a caselor de discuri care distribuiau muzică pe casete i-a surprins foarte mult pe cei mari ai industriei muzicale, care au considerat formatul analogic mort. Mai mult decât atât, tehnologia digitală a făcut posibilă scăparea de vechii iritanti (zumzet, trosnet, distorsiune, flash-uri și alte semne ale unui „sunet de tub cald”).

Nostalgie prin analogie

Neliniaritatea este un termen din practica mass-media moderne, ceea ce înseamnă că semnalul de intrare care intră în dispozitiv nu este echivalent cu semnalul de ieșire.

Orice dispozitiv media care distorsionează semnalul într-o oarecare măsură - compresia intervalului dinamic al muzicii în înregistrările audio, contururile imaginilor neclare și saturația excesivă a cadrului filmului cu anumite culori - poate fi considerat neliniar.

Tehnicienii au căutat întotdeauna să scape de erori, iar producătorii muzicali, fotografi și regizori au învățat să le încadreze într-un produs creativ. Publicul a luat-o destul de natural.

Până acum, mulți producători de muzică înregistrează pe bandă înainte de a o transfera la digitizare. Sau fotografi - mai întâi „faceți clic” pe material, apoi editați imaginile în Photoshop.

Waves și Steven Slate Digital creează software care recreează cât mai aproape posibil efectele sonore ale casetofonelor vechi.

Desigur, fascinația pentru formatul analogic nu scade demnitatea tehnologiei digitale. Își justifică calitatea, chiar și prea mult. Din cauza triumfului „numerelor”, deja ne lipsește imaginea color „zgomotoasă”, neclară și suprasaturată inerente tehnologiilor analogice. Dar, în același timp, nimeni nu contestă performanța ridicată și rentabilitatea formatelor de procesare a semnalului digital.

Unii pasionați fac tot posibilul pentru a continua să dispară tehnologia analogică doar de dragul ideii. Alții pur și simplu se bucură de utilizarea tehnologiei vintage, cum ar fi o cameră Polaroid.

Restul „retrogradelor” doar simulează efectele „Polaroid” pe smartphone-uri de dragul de a satisface un sentiment de nostalgie.

Creșterea „media lentă”

Creșterea interesului pentru tehnologiile vechi din partea oamenilor născuți în era digitală amintește de fenomenul de la sfârșitul anilor 80 numit „mișcarea media lentă”.

Vânzările de discuri de vinil sunt în creștere. Pentru că oamenii redescoperă bucuria de a vedea albumul unui muzician ca pe un fel de mesaj. Ce zici de ascultarea discului? Acesta este un întreg ritual: ridicați un cerc de plastic negru, apropiați-vă încet și plasați-l cu grijă în player.

Muzicienii au propriul motiv pentru a iubi caseta. Când intră în studio, știu că trebuie să joace grozav pentru că „înșelarea digitală” nu este disponibilă.

Regizorii, la rândul lor, pleacă de la limitările filmului. Acest lucru impune responsabilitatea performanței actorilor pentru a evita luările inutile.

Producătorii de muzică funcționează, de asemenea, mai bine fără volumul mare de melodii și posibilități nelimitate de suprapunere. Vezi ce făceau Beatles pe doar 4 piese. Astăzi sunt cel puțin 96. Ascultând muzică modernă, trebuie să ne îndoim de utilitatea celor 92 de piese suplimentare.

Dragostea pentru tehnologiile vechi are un motiv de bază. Ideea aici nu este atât în ​​monetizarea modei retro, cât în ​​revendicarea modului în care funcționează industria media. În lumea analogică, ești forțat să lucrezi mai încet. În realitatea digitală, trebuie să faci treaba chiar acum.

Vechile formate media nu vor dispărea. Prea mulți oameni sunt interesați de existența lor. Cineva va încerca să returneze partea pierdută din profit pe valul modei retro. Cineva se va cufunda în nostalgie și va începe să strângă echipament de epocă.

Unele lucruri sunt cu adevărat uimitoare. De exemplu, instrumentele muzicale sau echipamentele de înregistrare a sunetului: în urmă cu 40-50 de ani erau făcute parcă de secole, adesea din materiale mai scumpe decât în ​​prezent.

Sistemele moderne de conferințe, trecând de la un simplu pachet de consolă de mixare și microfoane la un centru multimedia cu drepturi depline, sunt capabile să rezolve o gamă largă de sarcini, oferind confort pentru discuții atât delegaților care participă la aceasta, cât și instalatorilor responsabili. pentru partea tehnica. Ca întotdeauna, tehnologia are avantaje și dezavantaje. Și deși sistemele de conferințe multimedia care au apărut recent sunt de neegalat în ceea ce privește capabilitățile lor, aceleași capacități în majoritatea situațiilor pot fi redundante și, prin urmare, nerevendicate. Merită să urmăriți cele mai recente realizări sau este suficient echipamentul clasic, testat în timp, pentru a rezolva problemele de zi cu zi? Înțelegem problema.

Vorbire

Indiferent de tipul de sistem utilizat, inteligibilitatea vorbirii este de o importanță capitală pentru dezbatere. Factorii decisivi aici sunt calitatea microfonului și a sistemului de sunet al sălii, precum și poziția corectă a consolei față de delegatul care vorbește. În același scop, consolele sunt echipate cu difuzoare încorporate care acționează ca un plus la sistemul de difuzoare principale. În sistemele digitale, există adesea un procesor responsabil pentru suprimarea feedback-ului acustic, care previne autoexcitarea căii sunetului și oferă o mai mare libertate pentru plasarea microfonului. Transmiterea unui semnal în formă analogică are o limitare maximă a lungimii cablului, care nu permite amplasarea consolelor în lanț în margaretă departe una de cealaltă. De aceea, sistemele digitale, lipsite de o astfel de problemă, sunt cel mai des folosite pentru instalații de amploare, lăsând încăperi mici în ponderea celor analogice. Sistemele multimedia, deși folosesc tehnologia POE pentru conectare, nu oferă avantaje semnificative atunci când se lucrează cu voce.

Caracteristici suplimentare

Funcțiile cele mai des utilizate, prezente în majoritatea sistemelor digitale, sunt: ​​votul, traducerea simultană, autentificarea utilizatorilor, interfonul, înregistrarea conferinței, integrarea cu un sistem tehnologic de televiziune și organizarea teleconferinței. Evident, pentru a realiza astfel de oportunități, tehnologiile digitale sunt indispensabile. Adevărat, un număr dintre ele pot fi găsite și în sistemele analogice cu control digital. De exemplu, votul și înregistrarea. Nu va fi dificil să înregistrați o dezbatere pe un sistem complet analog.

Un pas logic în dezvoltarea sistemelor digitale a fost apariția consolelor cu afișaje care vă permit să afișați mesaje de service, întrebări/rezultate vot și alte date. Ca urmare, din ele s-au dezvoltat sisteme multimedia cu drepturi depline, cu ajutorul cărora nu numai că puteți vizualiza difuzarea video a discursului vorbitorului, documentele, prezentările și alt conținut grafic și video în timp real, ci și descărcarea independentă. fișiere media din diverse surse, inclusiv Internet sau un server local. De fapt, o astfel de telecomandă, echipată cu un ecran tactil mare, este o tabletă cu drepturi depline, cu propriul sistem de operare și un set de aplicații, ale căror capacități sunt limitate doar de software-ul instalat. O serie de producători își echipează produsele cu camere încorporate care simplifică organizarea unei videoconferințe sau teleconferințe. Și dacă un sistem digital necesită integrare cu televiziunea tehnologică, ale cărei camere se vor întoarce spre difuzor, atunci în astfel de dispozitive nu este nevoie de acest lucru. CEO Bryullov Consulting, Vladimir Kolomenski, comentarii:

Consolele multimedia instalate în sală au un ecran relativ mic. Acest lucru vă permite să organizați spațiul de lucru mai ergonomic, oferind participantului la conferință funcții maxime. Pentru sarcini care necesită lucru cu o cantitate mare de documente, unii producători, de exemplu, Televic Conference, oferă posibilitatea de a se integra cu monitoare tactile, inclusiv cu cele motorizate. În acest caz, toate funcționalitățile telecomenzii multimedia devin disponibile de pe un monitor de orice dimensiune - cel puțin 15", cel puțin 22" sau mai mult

Control

Unitatea de delegat clasică are microfon și butoane de solicitare a vorbirii, un control al volumului difuzorului încorporat și indicatori vizuali pentru a vă anunța când este rândul dvs. să vorbiți și că delegatul este în emisie. Consola președintelui este completată cu un buton de prioritate care vă permite să întrerupeți oricând discuția. În sistemele digitale mai multifuncționale, la acestea pot fi adăugate chei de vot, selecție de canal pentru interpretare simultană și diverse module de identificare (cod pin, card sau amprentă). Unitățile de scaune digitale includ adesea comenzi pentru a seta numărul de microfoane deschise, timpul de vorbire sau modul de funcționare.

Dispozitivele multimedia, având o interfață grafică afișată pe ecran, vă permit să creați un set arbitrar de butoane și funcțiile lor corespunzătoare și, dacă este necesar, să le înlocuiți cu unul nou. Din acest motiv, împărțirea consolelor în delegat și scaun este nepotrivită. Alexander Bakhmatov, director de marketing al RIWA, un distribuitor al sistemelor de conferințe Marconi, spune:

Software-ul pentru butoane este ceea ce se întâmplă cu interfețele în ultimii 20 de ani. Prin urmare, sistemele de conferințe multimedia le vor înlocui în cele din urmă pe cele convenționale, așa cum smartphone-urile au înlocuit telefoanele mobile cu buton de pe piață. Este mai confortabil pentru un participant la întâlnire să voteze și să vizioneze documente, videoclipuri și imagini pe ecranul telecomenzii sale decât pe un ecran obișnuit.

Este mai ușor pentru integratori să ajusteze interfața grafică la cerințele clientului. Orice culoare, formă și funcționalitate a butoanelor, orice limbă - restricțiile sunt doar în dimensiunea și rezoluția ecranului. Posibilitati largi de integrare in structurile IT existente. Sistemul de conferințe multimedia devine de fapt o platformă pentru munca unui programator și designer, care adaptează interfața la termenii de referință. Așteptăm așadar o evoluție comparabilă cu cea a telefonului

Executie si instalare

Toate sistemele de pe piață pot fi împărțite în embedded și desktop. Primele ocupă mai puțin spațiu și arată mai plăcut din punct de vedere estetic, cele doua nu necesită o legătură pentru instalare, prin urmare permit remontarea. Pentru intalniri si intalniri in afara locatiei, precum si in locurile in care au loc alte evenimente pe langa conferinte sau unde este imposibil sa amplasezi sisteme cu fir, este mai rezonabil sa folosesti cele wireless. Configurarea și configurarea nu durează mult, dar necesită încărcare regulată a bateriei și pot fi susceptibile la interferențe. Astăzi, sistemele de conferințe multimedia sunt produse doar în versiune cu fir și pot fi atât încorporate, cât și desktop, deci nu au niciun avantaj în acest sens.

Conexiunea consolelor la unitatea centrală în sisteme analogice și digitale se realizează cel mai adesea cu un cablu proprietar. Multimedia, pe de altă parte, acceptă transmisia de date prin cabluri CAT-5 sau CAT-6, care sunt mult mai ieftine și permit orice îndepărtare a dispozitivelor unul de celălalt. Atât sistemele digitale, cât și cele multimedia, în funcție de producător și model, sunt compatibile cu protocoalele de rețea CobraNet sau Dante, oferind o integrare ușoară cu sistemele tehnologice de televiziune, interpretare simultană, proiectoare sau panouri de proiecție și echipamente de sunet, precum și organizarea unei teleconferințe cu discuție la distanță. grupuri. În echipamentele analogice, o astfel de libertate, desigur, este absentă. Sistemele de top de la producători de top permit utilizarea diferitelor tipuri de instalații într-o singură instalație. Astfel, într-o parte a camerei puteți folosi o telecomandă fără fir, în alta - una multimedia și așa mai departe. Șeful departamentului de formare și dezvoltare a Hi-Tech Media, Andrey Osipov, El vorbește:

Folosind dezvoltarea software a HI-Tech Media, este posibilă combinarea într-o singură cameră a tuturor echipamentelor din liniile de sisteme de conferințe Bosch, și anume: CCS 1000D, DCN NG și Dicentis, atât în ​​versiune cu fir, cât și fără fir. Modulul software HTM-SP, care combină toate sistemele de mai sus, permite nu numai gestionarea acestora, ci și trimiterea de metadate (numele întâlnirii, numele vorbitorului, numele adversarului etc.) către sistemul de înregistrare audio/video multicanal HTM-GAVR , face posibilă gestionarea sistemului combinat din produsele din familia Crestron sau Extron. Utilizarea modulului HTM-SP nu necesită abilități speciale, iar modulul în sine are o interfață intuitivă

Software de înregistrare a evenimentelor HTM-GAVR pentru sistemele de congrese Bosch

Gestionarea și configurarea sistemelor digitale și multimedia se realizează folosind o interfață web care oferă acces comod și vizual la toate informațiile necesare. Mulți producători oferă, de asemenea, telecomenzile lor sisteme de autodetecție, prin care acestea sunt încorporate automat atunci când sunt conectate, facilitând procesul de instalare.

Concluzie

După cum puteți vedea, sistemele de conferințe multimedia nu sunt doar capacitatea de a lucra convenabil cu diferite conținuturi grafice și video, ci și o interfață care poate fi configurată în mod arbitrar pentru sarcini, precum și perspective largi de integrare și modernizare. Este puțin probabil ca un astfel de echipament să devină învechit în viitorul apropiat, dar costul său depășește semnificativ analogii. Dacă sarcina utilizării conținutului multimedia într-o discuție nu este atât de importantă sau materialele afișate pot fi difuzate dintr-o singură sursă, atunci este foarte posibil să te descurci cu un sistem digital - deoarece calitatea și capacitățile lor astăzi nu sunt inferioare în multe moduri. În cazul unui buget limitat și fără a fi nevoie de a construi instalații complexe, un sistem analog cu control digital poate fi o alegere rezonabilă.

Curs 4. Metode de comunicare în rețea.

Metode de comunicare în rețea

Semnale

După cum am menționat mai devreme, există multe modalități de a crea și de a transmite fizic un semnal. Impulsurile electrice pot călători printr-un fir de cupru, impulsurile de lumină printr-o fibră de sticlă sau plastic, semnalele radio sunt transmise prin aer, la fel și impulsurile laser în infraroșu. sau gamă vizibilă.Conversia unilor și zerourilor reprezentând datele dintr-un computer în impulsuri de energie se numește codare (modulație).

Similar cu clasificarea rețelelor de calculatoare, semnalele pot fi clasificate în funcție de diferitele lor caracteristici. Semnalele sunt după cum urmează:

analog și digital,

modulat și modulat,

sincron și asincron,

simplex, semiduplex, duplex și multiplex

Semnale analogice și digitale

În funcție de forma tensiunii electrice (care poate fi văzută pe ecranul osciloscopului), semnalele sunt împărțite în analog și digital. Cel mai probabil, sunteți deja familiarizat cu acești termeni, deoarece se găsesc destul de des în documentația diferitelor echipamente electronice, precum magnetofone, televizoare, telefoane etc. etc.

Într-un fel, echipamentele analogice reprezintă era de ieșire a tehnologiei electronice, iar echipamentele digitale reprezintă cea mai recentă, care vine să o înlocuiască. Cu toate acestea, trebuie amintit că un tip de semnal nu poate fi mai bun decât altul. Fiecare dintre ele are propriile sale avantaje și dezavantaje, precum și propriile sale domenii de aplicare. Deși semnalele digitale sunt folosite din ce în ce mai mult, ele nu vor înlocui niciodată semnalele analogice.

Parametrii semnalelor analogice

Semnalele analogice se schimbă lin și continuu în timp, astfel încât ele pot fi reprezentate grafic ca o curbă netedă (Figura 4.1).

În natură, marea majoritate a proceselor sunt fundamental analogice. De exemplu, sunetul este o schimbare a presiunii aerului, care poate fi convertită în tensiune electrică folosind un microfon. Aplicând această tensiune la intrarea osciloscopului, puteți vedea un grafic similar cu cel prezentat în Fig. 4.1, adică Puteți vedea cum se schimbă presiunea aerului în timp.

Pentru a vizualiza mai bine informațiile analogice, gândiți-vă la un vitezometru tradițional dintr-o mașină. Pe măsură ce viteza vehiculului crește, acul se mișcă ușor de-a lungul scalei de la un număr la altul. Un alt exemplu este acordarea unei stații într-un receptor radio: când rotiți butonul, frecvența recepționată se schimbă fără probleme.

Majoritatea semnalelor analogice sunt de natură ciclică sau periodică, cum ar fi undele radio, care sunt oscilații de înaltă frecvență ale unui câmp electromagnetic. Astfel de semnale analogice ciclice sunt de obicei caracterizate de trei parametri.

Amplitudine. Valoarea maximă sau minimă a semnalului, de ex. înălțimea valului.

Frecvență. Numărul de modificări ale semnalului ciclic pe secundă. Frecvența este măsurată în herți (Hz); 1 Hz este un ciclu pe secundă.

Fază. Poziția unei unde în raport cu o altă undă sau în raport cu un anumit moment în timp care servește ca punct de referință. Faza este de obicei măsurată în grade și se consideră că întregul ciclu este egal cu 360 de grade.

Parametrii semnalelor digitale

Un alt nume pentru semnalele digitale este discret Termenul de stări discrete este destul de comun.Semnalele digitale trec de la o stare discretă la alta aproape instantaneu, fără a se opri în stări intermediare (Fig. 4.2).

Un exemplu de semnal digital ar fi cel mai recent vitezometru digital dintr-o mașină (comparați cu exemplul de vitezometru analogic din secțiunea anterioară). Pe măsură ce viteza vehiculului crește, cifrele care arată valoarea vitezei în kilometri pe oră comută sar, iar valoarea semnalului este fundamental discretă: de exemplu, nu există valori intermediare între stările discrete „125 km/h” și „126 km/h”. Un alt exemplu de informații digitale este cel mai recent receptor radio, în care utilizatorul introduce un număr exact egal cu frecvența postului de radio pentru a se acorda la un anumit post.

Comparația semnalelor analogice și digitale

Calculatoarele sunt mașini digitale. Informațiile pe care le prelucrează sunt reprezentate prin zerouri și unu. O cifră binară este fie 0, fie 1, fără nimic între sau în afara lor. Datorită acestei definiții precise, semnalele digitale sunt foarte convenabile pentru reprezentarea și transmiterea datelor computerizate, motiv pentru care sunt utilizate în marea majoritate a rețelelor.

Datorită simplității tehnologiei, semnalele digitale au o serie de avantaje:

Echipamentele digitale sunt în general mai ieftine decât echipamentele analogice.

Semnalele digitale sunt mai puțin susceptibile la interferențe.

Cu toate acestea, semnalele analogice au și câteva avantaje:

Sunt ușor de multiplexat, de ex. transmite un număr mare de semnale pe un singur canal.

Sunt mai puțin susceptibile la atenuare (slăbirea semnalului odată cu creșterea distanței), astfel încât, cu aceeași putere a dispozitivului de transmisie, pot fi transmise pe o distanță mai mare.

În general, atât semnalele analogice, cât și cele digitale sunt utile. Cu toate acestea, în rețelele de calculatoare, semnalele digitale pot atinge niveluri mai mari de securitate, lățime de bandă și fiabilitate. În plus, liniile digitale sunt mult mai puțin predispuse la erori decât liniile analogice.

Rețelele locale se bazează aproape întotdeauna pe transmisia de semnale digitale prin cablu. Semnalele analogice sunt utilizate în unele rețele de zonă extinsă.

Semnale modulate și nemodulate

O caracteristică importantă a metodei de transmisie este capacitatea canalului, care este direct legată de modulația semnalului. Un semnal digital se numește nemodulat dacă tranzițiile de la o stare discretă la alta sunt supratensiuni într-un cablu sau alt mediu. În același timp, într-un semnal modulat, tranziția între stările discrete este o modificare a amplitudinii așa-numitului semnal purtător, care este fluctuațiile de tensiune de înaltă frecvență.

Semnalul nemodulat ocupă întregul canal de comunicație. În plus, nu mai poate fi transmis nimic prin canalul de comunicare. Un exemplu de semnale nemodulate sunt semnalele dintr-un cablu Ethernet.

Dacă se utilizează modulația, atunci un canal poate transmite mai multe semnale digitale la frecvențe purtătoare diferite. În plus, nu numai semnalele digitale, ci și analogice pot fi transmise la diferite frecvențe purtătoare. Un exemplu este un sistem de televiziune prin cablu, în care un singur cablu deservește zeci de canale de televiziune, fiecare cu un program diferit.

Semnale nemodulate

Semnalele nemodulate sunt destul de simple: prin cablu este transmis un singur semnal la un moment dat. Nemodulat este cel mai adesea un semnal digital, deși poate fi analog.

În tehnologia calculatoarelor și a comunicațiilor, sunt utilizate în principal semnale digitale nemodulate. De exemplu, un computer schimbă semnale digitale modulate cu monitoare, imprimante, tastaturi și așa mai departe. Un exemplu de aplicare a semnalelor digitale modulate este sistemul ISDN (Integrated Services Digital Network), în care multe semnale sunt transmise pe canale separate printr-un singur cablu. Semnalele nemodulate pot fi transmise în două direcții, adică atât transmițătorul cât și receptorul pot fi instalate la fiecare capăt al cablului, funcționând simultan.

Semnale modulate

Folosind semnale modulate, puteți organiza mai multe canale de comunicație pe un singur cablu, în timp ce fiecare canal de comunicație poate funcționa la propria frecvență purtătoare fără a interfera cu alte canale.

Semnalele modulate sunt unidirecționale. Aceasta înseamnă că semnalul este transmis doar într-o singură direcție: un transmițător este instalat la un capăt al cablului, iar un receptor este instalat pe celălalt. Cu toate acestea, mai multe canale în direcții diferite pot funcționa simultan pe un singur cablu.

Pe lângă televiziunea prin cablu, semnalele modulate sunt folosite într-un sistem DSL (Digital Subscriber Line) în care datele și vocea sunt transmise simultan pe aceeași linie, eventual prin satelit sau prin unde radio.

Pentru a găzdui mai multe canale de comunicație pe o linie, se folosesc metode de multiplexare.

Multiplexarea

Multiplexarea se referă la transmiterea simultană a mai multor semnale pe o singură linie. Pe partea de recepție, semnalele multiplexate sunt restaurate, adică. sunt separate unul de altul. Să revenim la exemplul TV prin cablu. Televizorul are un decodor de semnal încorporat care identifică un canal și renunță la restul. Datorită acestui fapt, spectatorul poate alege programul dorit.

Multe surse din literatură menționează metodele de multiplexare doar în legătură cu semnalele analogice, dar semnalele digitale pot fi și multiplexate. Se folosesc următoarele metode de multiplexare de bază:

diviziunea în frecvență a canalelor (Metoda divizării în frecvență - FDM);

divizarea în timp a canalelor (Time Division Method - TDM);

lungime de undă de înaltă densitate (Dense Wavelength Division Multiplexing - DWDM).

Canale de diviziune în frecvență

Cu separarea de frecvență a canalelor care ocupă aceeași linie, fiecare canal funcționează la propria frecvență (Fig. 4.3). De obicei, semnalele analogice sunt multiplexate prin această metodă. Pentru ca comunicarea în două sensuri să fie posibilă cu diviziunea în frecvență, trebuie instalate atât un multiplexor, cât și un demultiplexor pe fiecare parte.

Separarea temporară a canalelor

De obicei, această tehnică este utilizată pentru multiplexarea semnalelor digitale. Cu împărțirea în timp, fiecărui canal îi sunt alocate propriile intervale de timp. La capătul de recepție, semnalele diferitelor canale sunt separate printr-un demultiplexor (Fig. 4.4).

Multiplexare cu lungime de undă de înaltă densitate

Această metodă de multiplexare este utilizată la transmiterea semnalelor prin cabluri de fibră optică. Semnalele fiecărui canal sunt transmise printr-un fascicul de lumină cu propria lungime de undă. Din punct de vedere fizic, această metodă coincide cu diviziunea în frecvență a canalelor, deoarece lungimea de undă a unui fascicul de lumină este legată în mod unic de frecvența acestuia. Cu toate acestea, diferențele în implementările hardware ale acestor metode sunt atât de mari încât sunt încă considerate metode separate. După cum se arată în Fig. 4.5, diferite date pot fi transmise simultan pe o fibră optică și prin metode diferite (de exemplu, SONET și ATM).

Transmisie asincronă și sincronă

Datele încorporate într-un semnal digital sunt de fapt reprezentate de modificări ale stărilor discrete ale semnalului. Ne putem restabili zerourile și cele inițiale prin măsurarea tensiunii cu un voltmetru în anumite momente în timp. Cu toate acestea, trebuie să știți exact în ce momente ar trebui să efectuați măsurători. Sincronizarea, adică sincronizarea este la fel de importantă în tehnologia comunicațiilor ca și în toate celelalte domenii ale vieții noastre.

În tehnologia de rețea, această sincronizare se numește sincronizare de biți. Dispozitivele electronice sincronizează biții individuali folosind metode asincrone sau sincrone.

Transfer asincron

Această metodă utilizează bitul de pornire situat la începutul fiecărui mesaj pentru sincronizare. Când bitul de pornire lovește dispozitivul de recepție, acesta își sincronizează în acel moment ceasul intern cu ceasul dispozitivului emițător.

Transmisie sincronă

În transmisia sincronă, ceasurile interne ale dispozitivelor de transmisie și recepție sunt coordonate prin mecanisme încorporate. De exemplu, informațiile de timp pot fi încorporate în semnalele de date. Această metodă se numește sincronizare garantată de stat. Dintre metodele sincrone, aceasta este cea mai comună.

O altă metodă sincronă este sincronizarea folosind un semnal de timp separat, în care informațiile de timp sunt transmise între emițător și receptor pe un canal separat. O altă metodă sincronă este gate. În acest caz, sincronizarea se realizează folosind impulsuri stroboscopice speciale.

Metode de transmisie simplex, half duplex și full duplex

Canalele care transportă semnale de date pot funcționa în unul dintre cele trei moduri: simplex, half-duplex și full-duplex. Aceste metode diferă în direcțiile în care sunt transmise semnalele.

Transmisie simplex

După cum sugerează și numele, aceasta este cea mai simplă metodă de transfer. Uneori este numită unidirecțională deoarece semnalele circulă doar într-o singură direcție, ca mașinile pe o stradă cu sens unic (Figura 4.6).

Televiziunea este un exemplu de comunicare simplex. Datele (programele TV) sunt transmise la televizor. Nu sunt trimise semnale de la televizor înapoi către studio sau companie de cablu. Prin urmare, televizorul include doar un receptor de semnal, dar nu și un transmițător.

În prezent, sistemele de televiziune interactivă sunt din ce în ce mai răspândite, permițându-vă să transmiteți semnale nu numai de la studio la televizor, ci și în direcția opusă. Cu toate acestea, echipamentele prin cablu ale majorității companiilor acceptă încă doar transmisia simplex. Acest lucru a creat o problemă serioasă odată cu apariția Internetului. Sistemul de cablu existent a putut transmite date doar într-o singură direcție, către utilizator.

Acest neajuns face imposibil, de exemplu, pentru un utilizator accesarea paginilor Web, deoarece browserul utilizatorului trebuie să trimită cererea sa către site-ul Web. Companiile de cablu oferă două moduri de a rezolva această problemă:

transmiterea cererilor utilizatorilor (care sunt întotdeauna mult mai scurte decât paginile Web) prin linii telefonice și pagini Web prin cabluri de televiziune;

instalați echipamente de cablu noi cu transmisie în două sensuri.

Majoritatea companiilor au folosit prima metodă ca alternativă temporară la a doua, mai avansată. Dacă sistemul de transmisie prin cablu este lăsat ca simplex, atunci utilizatorul va trebui să suporte costurile doar pentru achiziționarea de modemuri prin cablu și telefon (cu o lățime de bandă a acestora din urmă nu mai mare de 56 Kbps.) În acest caz, resursele unui canalul de cablu de mare viteză va fi utilizat pe deplin.

Multe companii de cablu își modernizează imediat echipamentele pentru a sprijini comunicarea bidirecțională, în timp ce altele oferă încă doar date de internet unidirecționale prin cablu TV. În aceste zone, clienții sunt nevoiți să folosească atât modemuri prin cablu, cât și modemuri analogice conectate la linia telefonică.

Transmisie semi-duplex

În comparație cu simplex, avantajele transmisiei semi-duplex sunt evidente: semnalele pot fi transmise în ambele sensuri. Din pacate insa, acest drum nu este suficient de lat pentru ca semnalele sa treaca in ambele sensuri in acelasi timp. În metoda semi-duplex, semnalele sunt transmise într-o singură direcție la un moment dat (Fig. 4.7).

Metoda semi-duplex este utilizată în multe sisteme de comunicații radio, cum ar fi dispozitivele de comunicare din vehiculele de poliție. În aceste sisteme, când se apasă butonul microfonului, poți vorbi, dar nu auzi nimic. Dacă utilizatorii apăsă butoanele microfonului la ambele capete în același timp, niciunul dintre ei nu va auzi nimic.

transmisie duplex

Funcționarea unui sistem de comunicații duplex este ca o stradă cu două sensuri: mașinile se pot deplasa în ambele sensuri în același timp (Figura 4.8).

Un exemplu de comunicare duplex este o conversație telefonică normală. Ambii abonați pot vorbi în același timp, în timp ce fiecare dintre ei aude ceea ce spune celălalt de la celălalt capăt al liniei (deși nu este întotdeauna posibil să înțelegem ce a fost spus).

Probleme la semnalizare

Semnalele cu care comunică computerele sunt supuse diferitelor interferențe și limitări. Diferite tipuri de cabluri și metode de transmisie au o susceptibilitate diferită la interferențe.

Interferență electromagnetică

Interferența electromagnetică este pătrunderea unui semnal electromagnetic străin care perturbă forma unui semnal util. Când la semnalul util se adaugă interferențe externe, computerul receptor nu poate interpreta corect semnalul.

Imaginează-ți că conduci într-o mașină lângă o instalație industrială puternică și asculți radioul în acest moment. Un semnal curat și lizibil este brusc acoperit de zgomot și trosnet. Acest lucru se datorează faptului că semnalului radio sunt adăugate semnale puternice dintr-o configurație care este mai aproape decât radioul. Prin urmare, interferența electromagnetică este uneori numită zgomot.

Destul de des, interferența provine dintr-o sursă necunoscută. Există multe Dispozitive în care semnalele electrice nu îndeplinesc funcții informaționale, ci sunt un produs secundar al diferitelor procese de producție. Interferența pe care o creează se poate extinde pe distanțe de până la câțiva kilometri.

Interferența electromagnetică provoacă probleme nu numai în tehnologiile de comunicații computerizate. În orașe, există multe dispozitive care transmit și primesc semnale electromagnetice: telefoane mobile, comunicații radio, emițătoare și receptoare de televiziune. Interferența electromagnetică poate cauza multe probleme, cum ar fi imaginea televizată slabă, prăbușirea aeronavei din cauza defecțiunii de comunicare cu controlerul, moartea unui pacient din cauza funcționării defectuoase a echipamentului medical etc. Există, de asemenea, efecte secundare pe termen lung ale radiațiilor electromagnetice, cum ar fi cancerul sau leucemia, care pot fi cauzate de expunerea prelungită a unei persoane în apropierea unei surse puternice de câmpuri electromagnetice.

În tehnologia comunicațiilor, firele de cupru neecranate sunt deosebit de susceptibile la interferențe electromagnetice. Mantaua exterioară metalică a cablurilor coaxiale le protejează în mare măsură de interferențe. Aceeași funcție este îndeplinită de mantaua metalică a cablului de pereche răsucite ecranat. Perechea răsucită neecranată este destul de susceptibilă la interferențe. Cablurile de fibră optică sunt complet insensibile la interferența electromagnetică, deoarece semnalele din ele nu sunt impulsuri electrice, ci un fascicul de lumină. Prin urmare, în condiții de interferență electromagnetică puternică, canalele de comunicare prin fibră optică funcționează cel mai bine.

interferență RF

Interferența de radiofrecvență este semnalele de la transmițătoarele radio și alte dispozitive care generează semnale la frecvențe radio. Acestea includ, de asemenea, procesoare și afișaje de computer. Frecvența radio este radiația electromagnetică la frecvențe de la 10 kHz la 100 GHz. Radiația la frecvențe de la 2 la 10 GHz se mai numește și microunde.

Influența interferenței radiofrecvenței este eliminată cu ajutorul filtrelor anti-interferențe utilizate în diverse tipuri de rețele.

Crosstalk

Acest tip de interferență include semnale de la fire situate la o distanță de câțiva milimetri unul de celălalt. Un curent electric care curge printr-un fir creează un câmp electromagnetic care generează semnale într-un alt fir situat în apropiere. Destul de des, în timp ce vorbești la telefon, poți auzi conversațiile înfundate ale altor persoane. Motivul pentru aceasta este diafonia.

Diafonia este mult redusă dacă două fire sunt răsucite împreună, așa cum se face în pereche răsucită. Cu cât sunt mai multe ture pe unitate de lungime, cu atât efectul interferenței este mai mic. Utilizarea cablului de fibră optică elimină complet această problemă. Orice număr de fibre optice pot fi plasate în interiorul unei învelișuri și nu vor interfera între ele, deoarece semnalele din ele nu sunt impulsuri electrice, ci raze de lumină.

Atenuarea semnalului

Trecând prin cablu, semnalele electrice devin din ce în ce mai slabe. Cu cât distanța până la sursă este mai mare, cu atât semnalul este mai slab. Este ușor de imaginat, imaginându-ți că încerci să spui ceva unei persoane care se află la o oarecare distanță de tine. Dacă se află la 5 metri, îți va auzi vocea (semnalul) clar și tare, dar dacă se află la 50 de metri, cu greu va înțelege despre ce îi strigi. Această atenuare a semnalului cu distanța se numește atenuare a semnalului.

Atenuarea este motivul pentru care specificațiile diferitelor arhitecturi de rețea specifică o limită a lungimii cablului. Dacă această limitare este respectată, atunci efectul de estompare nu va afecta funcționarea normală a conexiunii de comunicație.

Pe măsură ce frecvența crește, atenuarea crește, deoarece cu cât frecvența semnalului este mai mare, cu atât este mai intensă dispersia energiei sale electromagnetice în spațiul înconjurător. Pe măsură ce frecvența crește, firul în sine se transformă dintr-un purtător de semnal într-o antenă, disipând energia în spațiu.

Semnalele dintr-un cablu de fibră optică sunt, de asemenea, supuse atenuării. Cele două cauze principale sunt absorbția fasciculului de lumină de către impuritățile din sticlă și împrăștierea fasciculului datorită micilor modificări ale densității optice a sticlei formate în timpul producerii sale. Cu toate acestea, cablurile de fibră optică pot transporta un semnal mult mai lung decât cablurile de cupru fără a reduce puterea semnalului la un nivel inacceptabil.

Lățimea de bandă

Lățimea de bandă a unui canal de comunicație este de obicei măsurată în megabiți pe secundă (Mbps). Lățimea de bandă este afectată de tipul de semnal, de tipul de mediu și de distanța pe care este transmis semnalul.

Conceptele de lățime de bandă mare și mică sunt foarte relative. De exemplu, un throughput Ethernet lOBaseT de 10 Mbps pare foarte mare în comparație cu debitul unui modem telefonic (50 Kbps), în timp ce, în același timp, pare frustrant de scăzut în comparație cu Gigabit Ethernet (1 Gbps) sau conexiuni WAN de mare viteză, cum ar fi ca SONET și ATM.

Un criteriu important atunci când alegeți tipul de arhitectură de cablu și de rețea este debitul necesar (atât acum, cât și în viitor).

Planificarea creșterii rețelei

În etapa de planificare a rețelei, trebuie amintit că lățimea de bandă este o resursă care nu este întotdeauna suficientă. Achiziționarea de echipamente cu lățime de bandă mai mare decât cea necesară în prezent este o investiție bună: costul suplimentar se va plăti cu siguranță.

Tehnologiile informatice și de comunicare se dezvoltă rapid. În anii 1980, legăturile WAN tipice aveau o lățime de bandă de 10 Kbps, iar rețelele locale aveau o lățime de bandă de 2,5 Mbps. La acea vreme, nimeni nici măcar nu și-a imaginat că într-o zi va fi necesar să transferați ceva cu o viteză mai mare de 100 Mbps. Până la urmă, tehnologii precum videoconferința, transmisia vocală sau transferul de fișiere mari care sunt acum răspândite încă nu au exista.

Este mult mai ușor și mai ieftin să așezați un cablu cu lățime de bandă mărită decât să înlocuiți cablul cu unul nou mai târziu.Să presupunem că instalați o rețea 10BaseT, pentru care este suficient un cablu de Categoria 3 cu o lățime de bandă de 10 Mbps. Cumpărând cablu de categoria 3 în loc de categoria 5, veți economisi câțiva dolari. Totuși, în câțiva ani, când trebuie să-ți upgradezi rețeaua la 100 Mbps (ceea ce aproape sigur se va întâmpla), va trebui să înlocuiești toate cablurile. Acest lucru va costa mult mai mult decât dacă ați cumpăra și instalați imediat un cablu de categoria 5.

Metode de acces la rețea

Există mai multe metode de acces diferite pentru a se potrivi diferitelor arhitecturi și topologii de rețea. Următoarele metode sunt cele mai utilizate pe scară largă:

trecerea jetonului (acces releu);

solicită priorități.

Metoda CSMA/CD

În prezent, cea mai comună metodă de control al accesului LAN este CSMA/CD (Acces multiplu cu sens de transportator cu detectare a coliziunilor). Prevalența metodei CSMA/CD se datorează în mare măsură faptului că este utilizată în cea mai comună arhitectură Ethernet de astăzi.

Aceasta este o metodă foarte rapidă și eficientă de a oferi acces la un cablu Ethernet. Pentru a înțelege cum funcționează, să ne uităm la fragmente din numele său separat.

Controlul media. Când un computer este pe cale să trimită date în rețea folosind metoda CSMA/CD, trebuie să verifice mai întâi dacă un alt computer transmite date pe același cablu în același timp. Cu alte cuvinte, verificați starea operatorului de transport: este ocupat să transfere alte date.

Acces multiplu. Aceasta înseamnă că mai multe computere pot începe să trimită date în rețea în același timp.

Detectarea conflictelor. Aceasta este sarcina principală a metodei CSMA/CD. Când computerul este gata de transfer, acesta verifică starea suportului media. Dacă cablul este ocupat, computerul nu trimite semnale. Dacă computerul nu aude semnalele altor persoane în cablu, începe să transmită. Cu toate acestea, se poate întâmpla ca două computere să asculte cablul și, nedetectând semnale, ambele să înceapă să transmită în același timp. Acest fenomen se numește ciocnire semnal.

Când semnalele se ciocnesc într-un cablu de rețea, pachetele de date sunt distruse. Cu toate acestea, nu totul este pierdut. În metoda CSMA/CD, computerele așteaptă o perioadă de timp aleatorie și retrimit aceleași semnale. De ce intervalul de timp ar trebui să fie aleatoriu? Dacă ambele computere așteaptă un număr fix de milisecunde, atunci timpii lor de așteptare pot coincide și totul se va repeta de la început. Calculatorul care repetă mai întâi transmisia pachetului (a cărui perioadă de timp aleatorie s-a dovedit a fi mai scurtă) cam „câștigă” acces la rețea la ruletă.

Probabilitatea conflictelor este scăzută, deoarece acestea apar numai dacă începuturile pachetelor se potrivesc, adică. perioade foarte scurte de timp. Deoarece semnalele sunt transmise la viteză mare (în Ethernet - 10 sau 100 Mbps), performanța rămâne ridicată.

Implementarea metodei CSMA/CD este definită de specificațiile IEEE 802.3.

Metoda CSMA/CA

Numele metodei reprezintă Acces multiplu Carrier Sense cu evitarea coliziunilor (acces multiplu cu control media și evitarea conflictelor).

CSMA/CA este o metodă mai „neîncrezătoare”. Dacă computerul nu găsește alte semnale în cablu, nu ajunge la concluzia că calea este clară și îți poți trimite datele prețioase. În schimb, computerul trimite mai întâi un semnal Request to Send (RTS). Prin aceasta, el anunță altor computere că intenționează să înceapă transferul de date. Dacă un alt computer face același lucru în același timp, atunci va exista un conflict de semnale, nu de pachete de date. Astfel, pachetele de date nu se pot ciocni niciodată. Aceasta se numește prevenirea conflictelor.

La prima vedere, metoda cu prevenirea conflictelor este mult mai avansată decât cu detectarea. Cu toate acestea, performanța sa este mai scăzută datorită faptului că, pe lângă date, este necesar să se trimită semnale KTS, dintre care marea majoritate nu sunt necesare. De fapt, numărul de semnale care sosesc pe cablu aproape se dublează.

Metoda CSMA/CA este utilizată în rețelele AppleTalk.

Trecând jetonul

Există o metodă de acces care funcționează fără conflicte de semnal? Există o astfel de metodă: este o metodă de trecere a simbolurilor.

Metoda de trecere a jetoanelor este necompetitivă.În această metodă, două computere nu pot începe să transmită un semnal în același timp. Metoda funcționează ca un seminar, în care participantul nu poate începe să vorbească până nu i se dă cuvântul. În mod similar, un computer dintr-o rețea care trece jetonul nu semnalează până când jetonul îi trece.