10. Аналоговый сигнал

Потери информации. Потенциально качество аналогового вещания весьма высокое. При приеме хорошим тюнером со стационарной антенной можно обеспечить практически полное отсутствие искажений. Автомобильный приемник с хорошей антенной в реальных условиях позволяет получить звук вполне приемлемого качества за счет изысканной схемотехники и эффективной обработки сигналов. У пешехода ситуация хуже: при жестком лимите веса и энергопотребления и простейшей антенне трудно избавиться от помех, шумов и искажений, но слушать можно.

Аналоговый сигнал - сигнал, величина которого непрерывно изменяется во времени.

Аналоговый сигнал обеспечивает передачу данных путем непрерывного изменения во времени амплитуды, частоты либо фазы.

Аналоговые сигналы естественным образом передают речь, музыку и изображения.

Для использования аналоговых сигналов в системах и сетях осуществляется квантование и аналого-дискретное преобразование.

Аналоговый сигнал — сигнал, значения которого лежат в непрерывном пространстве, т.е. в пространстве, не являющемся дискретным.

Аналоговые сигналы описываются непрерывными функциями времени, поэтому аналоговый сигнал иногда называют непрерывным сигналом. Аналоговым сигналам противопоставляются дискретные (квантованные, цифровые).

Свойства

Свойства аналоговых сигналов в значительной мере являются противоположностью свойств квантованных или цифровых сигналов.

Отсутствие чётко отличимых друг от друга дискретных уровней сигнала приводит к невозможности применить для его описания понятие информации в том виде, как она понимается в цифровых технологиях. Содержащееся в одном отсчёте «количество информации» будет ограничено лишь динамическим диапазоном средства измерения.

Отсутствие избыточности. Из непрерывности пространства значений следует, что любая помеха, внесенная в сигнал, неотличима от самого сигнала и, следовательно, исходная амплитуда не может быть восстановлена. В действительности фильтрация возможна, например, частотными методами, если известна какая-либо дополнительная информация о свойствах этого сигнала (в частности, полоса частот).

Применение

Аналоговые сигналы часто используют для представления непрерывно изменяющихся физических величин. Например, аналоговый электрический сигнал, снимаемый с термопары, несет информацию об изменении температуры, сигнал с микрофона — о быстрых изменениях давления в звуковой волне, и т.п.

Аналог и цифра. Переход на цифровую технологию позволяет уменьшить потери информации в радиоканале почти до нуля за счет исправления ошибок. Увеличение избыточности позволяет снизить потери, но требует увеличения скорости потока данных. Компрессия данных снижает скорость потока, но не проходит бесследно для качества звука. Оптимум — посередине.

В аналоговой системе можно организовать монопередачу и двухканальную стереофонию. Цифровая технология дает более широкий выбор: от простейшего моно до многоканальной стереофонии.

11. Цифровой сигнал

При передаче в цифровом виде можно существенно ослабить влияние отражений и уменьшить долю пространства, где прием затруднен. Надо только помнить, что стопроцентную гарантию в реальной жизни не дает никто. Всегда можно найти место, где сигнал будет приниматься неустойчиво. Помехи в цифровых системах передачи проявляются иначе, чем в аналоговых: вероятны хрипы и выпадения звука. И после восстановления приема звук появляется не сразу.

Реально и цифровое, и аналоговое вещание позволяет принимать сигнал в помещении и в открытом пространстве, и оставаясь на месте, и на ходу. Обратим внимание на этот факт: не все сервисы имеют такую же большую зону охвата.

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того, чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц). В процессе кодирования фонограммы, т.е. непрерывного звукового сигнала, производится его дискретизация по времени. Под Цифровым сигналом понимается дискретный сигнал квантованный по амплитуде. Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного сигнала. Цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля. Полоса пропускания – это разница между максимальной и минимальной частотой, которая может быть передана по кабелю. Каждое устройство в таких сетях посылает данные в обоих направлениях, а некоторые могут одновременно принимать и передавать. Узкополосные системы (baseband) передают данные в виде цифрового сигнала одной частоты. Дискретный цифровой сигнал сложнее передавать на большие расстояния, чем аналоговый сигнал, поэтому его предварительно модулируют на стороне передатчика, и демодулируют на стороне приёмника информации. Использование в цифровых системах алгоритмов проверки и восстановления цифровой информации позволяет существенно увеличить надёжность передачи информации.

12.Сжатие звукового сигнала. Его необходимость. Звуковой файл можно сжать с помощью компандирования. Этот метод основан на законе, открытом психологами: если интенсивность раздражителя меняется в геометрической прогрессии, то интенсивность человеческого восприятия меняется в арифметической прогрессии. Компандирование заключается в компрессии (сжатии) по амплитуде исходного звукового сигнала. Затем сжатый сигнал восстанавливается с помощью экспандера (расширителя). Компрессия — это сжатие динамического диапазона сигнала, когда слабые звуки усиливаются сильнее, а сильные — слабее. На слух это воспринимается как уменьшение различия между тихим и громким звучанием исходного сигнала. для представления информации вместо 16 бит можно использовать лишь 5 бит. Этим достигается сжатие информации. Для воспроизведения компрессированного сигнала его подвергают обратному по сравнению с логарифмированием преобразованию — потенцированию. Еще один способ сжатия звуковой информации заключается в том, что исходный звуковой сигнал очищается с помощью фильтров от неслышимых компонентов (например, убирают низкие басовые шумы).Затем производится более сложный анализ сигнала: удаляются замаскированные частоты, заглушенные другими мощными сигналами. Таким образом, можно исключить до 70% информации из сигнала, практически не изменив качество его звучания. Сжатие сигнала также можно получить за счет еще одного приема. Если исходный сигнал является стереофоническим, то его можно преобразовать в так называемый совмещённый стереофонический сигнал. Установлено, что слуховой аппарат человека может определить местоположение источника звука лишь на средних частотах, а высокие и низкие частоты звучат как бы отдельно от источника звука. Таким образом, высокие и низкие частоты можно представить в виде монофонического сигнала (т. е. без разделения на два стереофонических канала). Это позволяет вдвое уменьшить объем информации, передаваемой на низких и высоких частотах. Одно из свойств человеческого слуха заключается в маскировании тихого звука, следующего сразу за громким звуком. Так после выстрела пушки в течение некоторого времени трудно услышать тиканье наручных механических часов или стрекот кузнечиков. При сжатии звукового сигнала замаскированный, почти неслышимый звук не сохраняется в памяти и не передается через каналы связи. Такая процедура исключения сигнала, следующего за громким звуком, называется маскированием во временной области. Для человеческого уха характерно также и явление маскирования в частотной области, заключающееся в том, что постоянно звучащий громкий синусоидальный сигнал маскирует («глушит») тихие сигналы, которые близко лежат на оси частот к громкому сигналу. Еще одна возможность компрессии основывается на следующей особенности человеческого слуха. Экспериментально установлено, что в диапазонах частот 20—200 Гц и 14—20кГц чувствительность человеческого слуха существенно ниже, чем на частотах0,2—14 кГц. По этой причине допустимо более грубое квантование сигналов в указанных диапазонах частот. В среднем диапазоне частот амплитуды кодируются 16битами, а на частотах, где ухо менее чувствительно — 6 и даже 4 битами. Биоакустические свойства человеческого слуха не позволяют сжать звуковой сигнал, если он представляет собой однотонные звуки с постоянным уровнем громкости. В этом случае наряду с рассмотренными приемами сжатия дают эффект традиционные методы архивации информации .