O sygnałach cyfrowych

Transkrypt

1 O sygnałach cyfrowych

2 Informacja Informacja - wielkość abstrakcyjna, która moŝe być: przechowywana w pewnych obiektach przesyłana pomiędzy pewnymi obiektami przetwarzana w pewnych obiektach stosowana do sterowania pewnymi obiektami Dane - surowe fakty i liczby Przetwarzanie danych - logicznie ze sobą powiązany zespół czynności pozwalających na uzyskanie z danych niezbędnych informacji Dane + Interpretacja = Informacja

3 Informacja analogowa i cyfrowa Sygnał analogowy sygnał, który moŝe przyjmować dowolną wartość z ciągłego przedziału (nieskończonego lub ograniczonego zakresem zmienności) wartości sygnału analogowego mogą zostać określone w kaŝdej chwili czasu dzięki funkcji matematycznej opisującej dany sygnał Sygnał cyfrowy sygnał, którego dziedzina i zbiór wartości są dyskretne sygnał ciągły, który moŝe zmieniać swoją wartość tylko w określonych chwilach czasu i moŝe przyjmować tylko określone wartości

4 Informacja analogowa i cyfrowa Obecnie telekomunikacja i elektronika powszechnego uŝytku zostały prawie całkowicie zdominowane przez cyfrowe przetwarzanie sygnałów Cyfrowe przetwarzanie sygnałów jest w stosunku do przetwarzania analogowego: powtarzalne bardziej niezawodne tańsze Zamiana sygnału analogowego na cyfrowy wymaga wykonania trzech kroków: próbkowania kwantowania kodowania - zamiana na postać bitową

5 ETAP 1 - próbkowanie Próbkowanie - proces tworzenia sygnału impulsowego reprezentującego sygnał ciągły (analogowy) w ustalonych odstępach czasu mierzona jest wartość chwilowa sygnału i na jej podstawie tworzone są tzw. próbki (ang. sample) sygnał przekształcony do postaci spróbkowanej jest nazywany sygnałem dyskretnym T S f S - okres próbkowania - częstotliwość próbkowania f S = 1 / T S

6 ETAP 1 - próbkowanie

7 ETAP 1 - próbkowanie Przekształcenie powrotne sygnału cyfrowego do analogowego, bez straty informacji, wymaga spełnienia twierdzenia o próbkowaniu Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnał ciągły moŝe być ponownie odtworzony z sygnału dyskretnego, jeśli był próbkowany z częstotliwością co najmniej dwa razy większą od granicznej częstotliwości swego widma Przykład: człowiek słyszy dźwięki do częstotliwości ok. 20 khz według powyŝszego prawa częstotliwość zapisu cyfrowego musi być większa niŝ 40 khz po to, aby nie były słyszalne przekłamania z powyŝszego powodu dla płyt CD-Audio przyjęto częstotliwość próbkowania 44,1 khz dla kaŝdego kanału

8 ETAP 2 - kwantyzacja Systemy cyfrowe są w stanie przetwarzać tylko sygnały reprezentowane słowami o skończonej liczbie bitów Taka reprezentacja wymaga ograniczenia zbioru wartości sygnału - wartości te nazywane są poziomami reprezentacji Kwantyzacja to proces polegający na przypisaniu wartości analogowych do najbliŝszych poziomów reprezentacji

9 ETAP 3 - kodowanie W układach cyfrowych wszelka informacja i wszelkie wielkości przetwarzane przez te układy reprezentowane są przez dwa stany: stan niski (L), nazywany teŝ poziomem logicznym niskim lub zerem (0) stan wysoki (H), nazywany teŝ poziomem logicznym wysokim lub jedynką (1) W praktycznej realizacji układów cyfrowych naleŝy określić jakie wartości lub zakresy wartości oznaczają poziom logiczny niski lub wysoki Na rysunku przedstawione są poziomy logiczne dla układów cyfrowych TTL Zakresy wartości mogą być róŝne dla róŝnych wykonań układów cyfrowych

10 ETAP 3 - kodowanie Zalety występowania tylko dwóch stanów logicznych Prosta realizacja układów elektronicznych wykonujących przetwarzanie informacji elementy półprzewodnikowe mają duŝe rozrzuty swoich parametrów, co wymaga stosowania odpowiednich rozwiązań - w układach cyfrowych jest to znacznie prostsze niŝ w układach analogowych w konsekwencji moŝliwa jest większa gęstość upakowania i niŝsza cena Łatwość transmisji i odporność na zakłócenia prostsze przesyłanie i regenerowanie informacji cyfrowej niŝ analogowej moŝliwość stosowania kodów korekcyjnych (np. płyty CD) Łatwość konstruowania układów pamiętających o duŝych pojemnościach własność wynikająca z punktu pierwszego

11 ETAP 3 - kodowanie Jednostki informacji - bit Bit (ang. binary digit) - jednostka logiczna, określająca najmniejszą ilość informacji potrzebną do stwierdzenia, który z dwóch równie prawdopodobnych stanów przyjął układ Bit przyjmuje jedną z dwóch wartości: 0 (zero) i 1 (jeden) - bit jest zatem toŝsamy z cyfrą w systemie dwójkowym Bity oznacza się mała literą b Wielokrotności bitów - przedrostki dziesiętne w układzie SI

12 Informacja Co oznaczają poniŝsze dane? 15 lipca 1410 roku Data!!!

13 Transmisja szeregowa

14 Transmisja równolega