Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Цифровое представление аналогового аудиосигнала. Краткий ликбез

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Дорогие читатели, меня зовут Феликс Арутюнян. Я студент, профессиональный скрипач. В этой статье хочу поделиться с Вами отрывком из моей презентации, которую я представил в университете музыки и театра Граца по предмету прикладная акустика.

Рассмотрим теоретические аспекты преобразования аналогового (аудио) сигнала в цифровой.
Статья не будет всеохватывающей, но в тексте будут гиперссылки для дальнейшего изучения темы.

Чем отличается цифровой аудиосигнал от аналогового?

Аналоговый (или континуальный) сигнал описывается непрерывной функцией времени, т.е. имеет непрерывную линию с непрерывным множеством возможных значений (рис. 1).

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Цифровой сигнал — это сигнал, который можно представить как последовательность определенных цифровых значений. В любой момент времени он может принимать только одно определенное конечное значение (рис. 2).

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Аналоговый сигнал в динамическом диапазоне может принимать любые значения. Аналоговый сигнал преобразуется в цифровой с помощью двух процессов — дискретизация и квантование. Очередь процессов не важна.

Дискретизацией называется процесс регистрации (измерения) значения сигнала через определенные промежутки (обычно равные) времени (рис. 3).

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Квантование — это процесс разбиения диапазона амплитуды сигнала на определенное количество уровней и округление значений, измеренных во время дискретизации, до ближайшего уровня (рис. 4).

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Дискретизация разбивает сигнал по временной составляющей (по вертикали, рис. 5, слева).
Квантование приводит сигнал к заданным значениям, то есть округляет сигнал до ближайших к нему уровней (по горизонтали, рис. 5, справа).

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Эти два процесса создают как бы координатную систему, которая позволяет описывать аудиосигнал определенным значением в любой момент времени.
Цифровым называется сигнал, к которому применены дискретизация и квантование. Оцифровка происходит в аналого-цифровом преобразователе (АЦП). Чем больше число уровней квантования и чем выше частота дискретизации, тем точнее цифровой сигнал соответствует аналоговому (рис. 6).

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Уровни квантования нумеруются и каждому уровню присваивается двоичный код. (рис. 7)

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Количество битов, которые присваиваются каждому уровню квантования называют разрядностью или глубиной квантования (eng. bit depth). Чем выше разрядность, тем больше уровней можно представить двоичным кодом (рис. 8).

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Данная формула позволяет вычислить количество уровней квантования:

Если N — количество уровней квантования,
n — разрядность, то

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Обычно используют разрядности в 8, 12, 16 и 24 бит. Несложно вычислить, что при n=24 количество уровней N = 16,777,216.

При n = 1 аудиосигнал превратится в азбуку Морзе: либо есть «стук», либо нету. Существует также разрядность 32 бит с плавающей запятой. Обычный компактный Аудио-CD имеет разрядность 16 бит. Чем ниже разрядность, тем больше округляются значения и тем больше ошибка квантования.

Ошибкой квантований называют отклонение квантованного сигнала от аналогового, т.е. разница между входным значением Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равнаи квантованным значением Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна(Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна)

Большие ошибки квантования приводят к сильным искажениям аудиосигнала (шум квантования).

Чем выше разрядность, тем незначительнее ошибки квантования и тем лучше отношение сигнал/шум (Signal-to-noise ratio, SNR), и наоборот: при низкой разрядности вырастает шум (рис. 9).

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Разрядность также определяет динамический диапазон сигнала, то есть соотношение максимального и минимального значений. С каждым битом динамический диапазон вырастает примерно на 6dB (Децибел) (6dB это в 2 раза; то есть координатная сетка становиться плотнее, возрастает градация).

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Ошибки квантования (округления) из-за недостаточного количество уровней не могут быть исправлены.

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

50dB SNR
примечание: если аудиофайлы не воспроизводятся онлайн, пожалуйста, скачивайте их.

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Теперь о дискретизации.

Как уже говорили ранее, это разбиение сигнала по вертикали и измерение величины значения через определенный промежуток времени. Этот промежуток называется периодом дискретизации или интервалом выборок. Частотой выборок, или частотой дискретизации (всеми известный sample rate) называется величина, обратная периоду дискретизации и измеряется в герцах. Если
T — период дискретизации,
F — частота дискретизации, то
Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Чтобы аналоговый сигнал можно было преобразовать обратно из цифрового сигнала (точно реконструировать непрерывную и плавную функцию из дискретных, «точечных» значении), нужно следовать теореме Котельникова (теорема Найквиста — Шеннона).

Теорема Котельникова гласит:

Если аналоговый сигнал имеет финитный (ограниченной по ширине) спектр, то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчетам, взятым с частотой, строго большей удвоенной верхней частоты.

Вам знакомо число 44.1kHz? Это один из стандартов частоты дискретизации, и это число выбрали именно потому, что человеческое ухо слышит только сигналы до 20kHz. Число 44.1 более чем в два раза больше чем 20, поэтому все частоты в цифровом сигнале, доступные человеческому уху, могут быть преобразованы в аналоговом виде без искажении.

Но ведь 20*2=40, почему 44.1? Все дело в совместимости с стандартами PAL и NTSC. Но сегодня не будем рассматривать этот момент. Что будет, если не следовать теореме Котельникова?

Когда в аудиосигнале встречается частота, которая выше чем 1/2 частоты дискретизации, тогда возникает алиасинг — эффект, приводящий к наложению, неразличимости различных непрерывных сигналов при их дискретизации.

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Как видно из предыдущей картинки, точки дискретизации расположены так далеко друг от друга, что при интерполировании (т.е. преобразовании дискретных точек обратно в аналоговый сигнал) по ошибке восстанавливается совершенно другая частота.

Аудиопример 4: Линейно возрастающая частота от

100 до 8000Hz. Частота дискретизации — 16000Hz. Нет алиасинга.

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Аудиопример 5: Тот же файл. Частота дискретизации — 8000Hz. Присутствует алиасинг

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Пример:
Имеется аудиоматериал, где пиковая частота — 2500Hz. Значит, частоту дискретизации нужно выбрать как минимум 5000Hz.

Следующая характеристика цифрового аудио это битрейт. Битрейт (bitrate) — это объем данных, передаваемых в единицу времени. Битрейт обычно измеряют в битах в секунду (Bit/s или bps). Битрейт может быть переменным, постоянным или усреднённым.

Следующая формула позволяет вычислить битрейт (действительна только для несжатых потоков данных):

Битрейт = Частота дискретизации * Разрядность * Количество каналов

Например, битрейт Audio-CD можно рассчитать так:
44100 (частота дискретизации) * 16 (разрядность) * 2 (количество каналов, stereo)= 1411200 bps = 1411.2 kbit/s

При постоянном битрейте (constant bitrate, CBR) передача объема потока данных в единицу времени не изменяется на протяжении всей передачи. Главное преимущество — возможность довольно точно предсказать размер конечного файла. Из минусов — не оптимальное соотношение размер/качество, так как «плотность» аудиоматериала в течении музыкального произведения динамично изменяется.

При кодировании переменным битрейтом (VBR), кодек выбирает битрейт исходя из задаваемого желаемого качества. Как видно из названия, битрейт варьируется в течение кодируемого аудиофайла. Данный метод даёт наилучшее соотношение качество/размер выходного файла. Из минусов: точный размер конечного файла очень плохо предсказуем.

Усреднённый битрейт (ABR) является частным случаем VBR и занимает промежуточное место между постоянным и переменным битрейтом. Конкретный битрейт задаётся пользователем. Программа все же варьирует его в определенном диапазоне, но не выходит за заданную среднюю величину.

При заданном битрейте качество VBR обычно выше чем ABR. Качество ABR в свою очередь выше чем CBR: VBR > ABR > CBR.

ABR подходит для пользователей, которым нужны преимущества кодирования VBR, но с относительно предсказуемым размером файла. Для ABR обычно требуется кодирование в 2 прохода, так как на первом проходе кодек не знает какие части аудиоматериала должны кодироваться с максимальным битрейтом.

Существуют 3 метода хранения цифрового аудиоматериала:

Несжатый (RAW) формат данных

Другой формат хранения несжатого аудиопотока это WAV. В отличие от RAW, WAV содержит заголовок файла.

Аудиоформаты с сжатием без потерь

Принцип сжатия схож с архиваторами (Winrar, Winzip и т.д.). Данные могут быть сжаты и снова распакованы любое количество раз без потери информации.

Как доказать, что при сжатии без потерь, информация действительно остаётся не тронутой? Это можно доказать методом деструктивной интерференции. Берем две аудиодорожки. В первой дорожке импортируем оригинальный, несжатый wav файл. Во второй дорожке импортируем тот же аудиофайл, сжатый без потерь. Инвертируем фазу одного из дорожек (зеркальное отображение). При проигрывании одновременно обеих дорожек выходной сигнал будет тишиной.

Это доказывает, что оба файла содержат абсолютно идентичные информации (рис. 11).

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Кодеки сжатия без потерь: flac, WavPack, Monkey’s Audio…

При сжатии с потерями

акцент делается не на избежание потерь информации, а на спекуляцию с субъективными восприятиями (Психоакустика). Например, ухо взрослого человек обычно не воспринимает частоты выше 16kHz. Используя этот факт, кодек сжатия с потерями может просто жестко срезать все частоты выше 16kHz, так как «все равно никто не услышит разницу».

Другой пример — эффект маскировки. Слабые амплитуды, которые перекрываются сильными амплитудами, могут быть воспроизведены с меньшим качеством. При громких низких частотах тихие средние частоты не улавливаются ухом. Например, если присутствует звук в 1kHz с уровнем громкости в 80dB, то 2kHz-звук с громкостью 40dB больше не слышим.

Этим и пользуется кодек: 2kHz-звук можно убрать.

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Кодеки сжатия с потерям: mp3, aac, ogg, wma, Musepack…

Источник

Цифровые системы передачи

Расчет частот дискретизации для тональной частоты каналов. Структурная схема систем передачи и объединения потоков. Основные этапы и принципы формирования синхронного транспортного модуля, принципы и оценка практических результатов данного процесса.

РубрикаКоммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
ПредметЦифровые коммуникации
Видконтрольная работа
Языкрусский
Дата добавления07.10.2014

Подобные документы

Структурная схема, поясняющая принцип построения ЦСП с ИКМ-ВД для заданного числа телефонных каналов. Расчет тактовой частоты, длительности канального интервала, цикла и сверхцикла. Построение генераторного оборудования для заданного числа ТЛФ каналов.

контрольная работа [281,8 K], добавлен 19.12.2009

Выбор частоты дискретизации первичного сигнала и типа линейного кода сигнала ЦСП. Расчет количества разрядов в кодовом слове. Расчет защищенности от шумов квантования для широкополосного и узкополосного сигнала. Структурная схема линейного регенератора.

курсовая работа [2,0 M], добавлен 05.01.2013

Основные характеристики дискретных каналов. Проблема их оптимизации. Классификация каналов передачи дискретной информации по различным признакам. Нормирование характеристик непрерывных каналов связи. Разновидности систем передачи дискретных каналов.

контрольная работа [103,7 K], добавлен 01.11.2011

Анализ системы передачи непрерывных сообщений цифровыми методами. Методы расчёта характеристик помехоустойчивости и других показателей качества передачи информации по каналам связи с помехами. Расчёт частоты дискретизации и числа разрядов двоичного кода.

курсовая работа [873,2 K], добавлен 04.06.2010

Структурная схема устройства передачи данных и команд. Принцип действия датчика температуры. Преобразование сигналов, поступающих с четырех каналов. Модель устройства передачи данных. Построение кода с удвоением. Формирование кодовых комбинаций.

курсовая работа [322,1 K], добавлен 28.01.2015

Выбор частоты дискретизации линейного сигнала. Расчет разрядности кода. Разработка структуры временных циклов первичной цифровой системы передачи и определение ее тактовой частоты. Вычисление параметров цикловой синхронизации первичного цифрового потока.

контрольная работа [1,8 M], добавлен 12.03.2014

Многоканальная связь; методы образования каналов тональной частоты. Проектирование канала низкой частоты, расчёт дифференциальных усилителей и распределение их по участку, подбор каналообразующего оборудования двухпроводной двухполосной системы передачи.

курсовая работа [478,7 K], добавлен 19.06.2012

Виды модуляции в цифровых системах передачи. Построение цифрового передатчика на примере формирования сигнала формата 64КАМ. Структурная схема синтезатора частот, цифрового приемника и приёмопередающего тракта. Расчет элементов функциональной схемы СВЧ-Т.

курсовая работа [3,2 M], добавлен 06.02.2012

Эскизное проектирование цифровых систем передачи, выбор аппаратуры и трассы магистрали. Оценка параметров дискретизации, квантования и кодирования. Оценка параметров дискретизации, квантования и кодирования. Формирование структуры цикла передачи сигнала.

курсовая работа [3,3 M], добавлен 05.11.2015

Анализ построения местных телефонных сетей общего пользования. Расчет интенсивной, междугородной и межстанционной нагрузок; определение емкости пучков соединительных линий. Выбор типа синхронного транспортного модуля. Оценка структурной надежности сети.

курсовая работа [1,7 M], добавлен 23.11.2011

Источник

Цифровые системы передачи

Изучение методики расчета частоты дискретизации для каналов тональной частоты и звукового вещания. Рассмотрение иерархической структуры плезиохронной цифровой иерархии. Характеристика основ методики загрузки синхронного транспортного модуля СТМ-РР.

РубрикаПрограммирование, компьютеры и кибернетика
Видкурсовая работа
Языкрусский
Дата добавления06.11.2013
Размер файла1,2 M

Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Смотреть картинку Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Картинка про Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна. Фото Как рассчитывается частота дискретизации для канала тональной частоты и чему она равна

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

По дисциплине: Цифровые системы передачи

Выполнил: Шестаков Е.И.

Новосибирск, 2013 г.

Задание на контрольную работу

Объединяются 180 каналов тональной частоты и 3 канала звукового вещания высшего класса в системе с временным разделением каналов и 8-ми разрядной импульсно-кодовой модуляцией. Рассчитать временные и частотные характеристики, нарисовать структурную схему объединения и разделения каналов с учетом плезиохронной цифровой иерархии. Изобразить временные и спектральные характеристики сигналов во всех точках тракта с указанием рассчитанных значений длительностей, периода следования импульсов и частот.

частота тональный звуковой

1. Рассчитать частоты дискретизации для каналов ТЧ и звукового вещания

Частота дискретизации для сигнала звукового вещания выбирается из условия его передачи в аппаратуре ИКМ-30. Определить общее число каналов. Рассчитать периоды дискретизации для каналов ТЧ и ЗВ, время, отводимое на канальный интервал и изобразить распределение каналов в ИКМ-30.

Для сигнала звукового вещания высшего класса и, следовательно, частота дискретизации

Из (2.1) и (2.2) определим, какое число каналов ТЧ необходимо использовать при передаче сигнала ЗВ в аппаратуре ИКМ-30

Согласно заданию общее число каналов ТЧ, необходимое для передачи 3 каналов ЗВ высшего класса

Тогда общее число каналов ТЧ будет равно

В соответствии с (2.1) и (2.2) периоды дискретизации сигналов ТЧ и ЗВ будут равны

При этом в соответствии с (2.6), отсчёты сигнала ЗВ должны быть расположены через определённое число канальных интервалов

Рис. 1 Распределение каналов в цикле ИКМ-30

а тактовая частота выходного цифрового потока

Скорость выходного цифрового потока численно равна его тактовой частоте

2. Рассчитать и изобразить иерархическую структуру ПЦИ. Определить количество систем первого, второго и т.д. уровней иерархии. Рассчитать скорости для каждого иерархического уровня и пояснить назначение служебных каналов

В соответствии с (2.5) общее число каналов ТЧ, подлежащих передаче равно:

Одна система ИКМ-30 используется для передачи 30 каналов ТЧ, следовательно, общее число таких систем необходимое для передачи 192 каналов ТЧ

В соответствии с (2.11) в ИКМ-30 30 информационных и два служебных канала для передачи циклового синхросигнала КИ0 и сигналов управления и взаимодействия КИ16 (рис. 1). Выходной цифровой поток аппаратуры ИКМ-30 имеет скорость 2,048 Мбит/с, является первым уровнем европейской плезиохронной цифровой иерархии и обозначается Е1.

В соответствии с иерархической структурой в первичном мультиплексоре (аппаратура ИКМ-120) объединяются 4 первичных цифровых потока Е1, поэтому необходимое число таких мультиплексоров

На выходе первичного мультиплексора получается цифровой поток второго уровня европейской ПЦИ Е2

Четыре служебных канала вводятся в первичном мультиплексоре для передачи сигналов синхронизации и проведения согласования скоростей четырёх асинхронных входных цифровых потоков Е1.

В соответствии с иерархической структурой во вторичном мультиплексоре (аппаратура ИКМ-480) объединяются 4 вторичных цифровых потока Е2, поэтому необходимое число таких мультиплексоров

На выходе вторичного мультиплексора получается цифровой поток третьего уровня европейской ПЦИ Е3

Девять служебных каналов вводятся во вторичном мультиплексоре для передачи сигналов синхронизации и проведения согласования скоростей четырёх асинхронных входных цифровых потоков Е2.

Иерархическая схема ПЦИ для заданного варианта представлена на рисунке 2.

Рис. 2 Иерархическая структура для заданных условий

3. Изобразить подробную структурную схему объединения и разделения каналов (ИКМ-30) для совместной передачи сигналов в ТЧ и ЗВ. Привести пояснения принципа работы всех блоков с расчетом временных и частотных характеристик сигналов на выходе каждого блока

Изобразить временные и спектральные характеристики сигналов во всех точках тракта с указанием рассчитанных значений длительностей, периодов следования импульсов и их частот.

Временные и спектральные характеристики сигналов в отмеченных на рисунке 3 точках тракта с указанием рассчитанных значений длительностей, периодов следования импульсов и их частот приведены на рисунке 4.

Рис. 3 Структурная схема оконечного оборудования ЦСП (ИКМ-30)

Рис. 4 Временные диаграммы работы оборудования

4. Полученным для ПЦИ цифровым потоком произвести загрузку синхронного транспортного модуля СТМ-РР или СТМ-1. Изобразить многоступенчатую схему загрузки с указанием блоков и скоростей потоков. Привести описание структуры и назначения байт всех блоков, рассчитать скорости на выходе каждого блока. Пояснить назначения заголовков, указателей, для указателя, привести пример, поясняющий принцип его работы

Поток E3 имеет скорость передачи 34368 кбит/с и состоит из 537 байт. Контейнер C-3 содержит 756 (матрица 84·9) байт. В C-3 к введенному потоку E3 добавляется 219 байт, состоящих из битов согласования скоростей и большей частью из балластных битов, данный процесс приведен на рисунке 5.1. При этом обеспечивается как асинхронное, так и синхронное размещение. При синхронном размещении сохраняется целостность байт, и все они занимают фиксированные места в цикле C-3. Контейнер C-3 имеет период T=125мкс и скорость R = 64·756 = 48384кбит/с.

Рисунок 5.1 Упрощенная структурная схема образования С-3 из E3

Структура VC-3 формируется путем добавления к С-3 9 байтов трактового заголовка POH. VC-3 содержит 756+9=765 (85·9)байт, имеет период T=125мкс и скорость R =64·765 = 48960кбит/с. Формирование VC-3 из C-3 показано на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 Упрощенная структурная схема образования VС-3 из C-3

Далее возможно два варианта формирования STM-1 из VC-3: через AU-4 или через AU-3. На рисунке 5.3 приведена цепочка преобразований потока E3 в STM-1 через AU-4.

Рисунок 5.3 Цепочка преобразований потока E3 в STM-1через AU-4

В данном варианте, VC-3 преобразуется в TU-3 путем добавления 9 байт в первый столбец, 3 верхних из которых принадлежат TU PTR, а 6 нижних являются фиксированным балластом, данный процесс приведен на рисунке 5.4. TU-3 содержит 765+9=774 (86·9)байт, имеет период T=125мкс и скорость R =64·774 = 49536кбит/с.

Рисунок 5.4 Упрощенная структурная схема образования TU-3 из VC-3

Рисунок 5.5 Упрощенная структурная схема образования VC-4 из TUG-3

Рисунок 5.6 Упрощенная структурная схема образования AU-4 из VС-4

AUG преобразуется в STM-1, данный процесс приведен на рисунке 5.7, путем добавлением байт SOH (RSOH > 27 байт и MSOH > 45 байт). Блок STM-1 содержит 2358+27+45=2430 (270·9)байт, имеет период T=125мкс и скорость R = 64·2430 = 155520кбит/с.

Рисунок 5.7 Упрощенная структурная схема образования STM-1 из AUG

Работа над ошибками.

5. Полученным для ПЦИ цифровым потоком произвести загрузку синхронного транспортного модуля СТМ-РР или СТМ-1. Изобразить многоступенчатую схему загрузки с указанием блоков и скоростей потоков. Привести описание структуры и назначения байт всех блоков, рассчитать скорости на выходе каждого блока. Пояснить назначения заголовков, указателей, для указателя, привести пример, поясняющий принцип его работы.

В соответствии с результатами, полученными в п. 3 на выходе ПЦИ получен четверичный поток Е3 со скоростью 34,368 Мбит/с. Как следует из схемы преобразований в СЦИ потоком Е3 загружается синхронный транспортный модуль СТМ-1 по схеме рис. 5.1

Рисунок 5.1 Схема загрузки потока Е3 в СТМ-1

В СЦИ все структуры имеют длительность цикла Тц = 125мкс, частоту следования циклов Fц = 1/Fц = 8кГц, скорость передачи одного байта составляет:

Таким образом скорость одного байта соответствует скорости основного цифрового канала ОЦК.

В цикле контейнера C-3 содержится 984 = 756 байт (каналов) и, следовательно, скорость передачи контейнера:

Разности скоростей и числа ОЦК Е3 и С-3 составляет

В C-3 к введенному потоку E3 добавляется 219 байт, состоящих из битов согласования скоростей и большей частью из балластных битов. При этом обеспечивается как асинхронное, так и синхронное размещение. При синхронном размещении сохраняется целостность байт, и все они занимают фиксированные места в цикле C-3.

После добавления к контейнеру С-3 трактового заголовка РОН получается новая структура, которая получила название виртуальный контейнер VC-3.

Рисунок 5.2 Заголовок трактов верхнего ранга VС-3

Назначение отдельных байтов этого заголовка следующее.

VC-3 содержит 756+9=765 (85·9)байт, имеет период T=125мкс и скорость:

VC-3 преобразуется в TU-3 путем добавления 9 байт в первый столбец, 3 верхних из которых принадлежат указателю TU PTR, а 6 нижних являются фиксированным балластом (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3 Циклы С-3, VC-3, TUG-3(TU-3).

Структура виртуального контейнера VC3, проанализированная ранее, включена в матрицу TU3 на позиции, находящиеся между двумя байтами НЗ.

Чтобы определить начало контейнера VC3 внутри матрицы TU3, используются байты, обозначенные аббревиатурами H1 и Н2, которые несут в себе величину указателя транспортного блока (TUOH).

Рисунок 5.4 Структура байтов Н1и Н2

Байт, обозначенный аббревиатурой НЗ и байт, следующий сразу же за ним в этой строке (находящейся в матрице VC-3), дают возможность осуществлять положительное и отрицательное выравнивание.

Рисунок 5.5 Байты выравнивания в TU-3

Выравнивание необходимо для компенсации появляющейся разности фаз и тактовых частот цикла нагрузки (VC-3) и мультиплексирования (TUG3).

— положительным, когда частота мультиплексирования (TUG-3) выше частоты цикла нагрузки (VC-3);

— отрицательным, когда частота мультиплексирования (TUG-3) ниже частоты цикла нагрузки (VC-3).

Необходимость в выполнении операций по выравниванию скоростей сигнализируется состоянием четных или нечетных битов указателя по сравнению с их логическим состоянием, имевшим место в предыдущем кадре.

В частности, если необходимо использовать только положительное выравнивание скоростей, то инвертируются биты указателя, обозначенные на рисунке 5.6 буквой I;

Рисунок 5.6 Биты I указателя TU

В случае если возникает необходимость применять только отрицательное выравнивание, инвертируются биты, отмеченные буквой D:

Рисунок 5.7 Биты D указателя TU

Информация о наличии согласования скоростей, исходящая из указателя, является достоверной, если по крайней мере 3 из 5 бит (I или D, в зависимости от типа согласования) оказываются инвертированными.

Операция выравнивания скоростей предусматривает только одно изменение содержимого указателя, а именно:

— в случае отрицательного выравнивания скоростей содержимое указателя (т.е. его величина) уменьшается;

— в случае положительного выравнивания скоростей содержимое указателя (т.е. его величина) увеличивается.

TU-3 содержит 765+9=774 (86·9)байт, имеет период T=125мкс и скорость:

Блок VC-4 содержит 774·3+3·9=2349 (261·9)байт, имеет период T=125мкс и скорость:

После добавления к виртуальному контейнеру VC-4 указателя POH получается новая структура, которая получила название административный блок AU-4. Указатель показывает номер адреса в цикле STM или в цикле виртуального контейнера высшего порядка, где начинается цикл нагрузки виртуального контейнера. Наличие указателей позволяет в любом месте тракта (где осуществляется обработка указателей) производить ввод/вывод двухмегабитных потоков из STM-1 с помощью мультиплексора ввода/вывода, состоящего из двух портов STM-1 и аппаратуры оперативного переключения АОП. Указатель AU-4 представлен байтами Н1, Н2.

Флаг новых данных NDF (New Data Flag) может иметь два состояния: 1001 и 0110. Первое состояние указывает на возможность изменения указателя. Второе состояние указывает на невозможность изменения указателя. Из пяти бит D или

© 2000 — 2021, ООО «Олбест» Все права защищены

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *