تبدیل آنالوگ به دیجیتال

صفحه 1:
بخش دوم تبدیل آنالوک به دیجیتال 

صفحه 2:
تشریح پروتوکل مخابراتی مابین صفحه کلید با کی بورد(]۸8) و در انتقال داده تبادل اطلاعات بین کی بورد و کیس یک کامپیوتر را میتوان نمونه ائی از یک سیستم باند پایه معرفی نمود. ‎OY 1B‏ ‎SReseT‏ ‎40D‏ 4 ر متا لا ‎NG‏ این سیستم که اصطلاحا یک سیستم مخابراتی سریال سنکرون نامیده میشود.توسط یک کابل ۵ پین کدهای اطلاعاتی متناظر با هر کلید را بهمراه سایر اطلاعات و همچنین ولتاژهای مربوط انتقال داده میشوند: پین ۲: ارسال اطلاعات ی بلس اعت (سيكتالى بفرعس داوع [] لا لا لا نالا نا نالا لالت 5 0 ۹ پس از فشردن هر کلید یک كد به 6 ارسال و با رها کردن آن نیز یک کد بنام ‎releases‏ ‏6 بنیز ارسال میگردد. Slide 2 Autor:s Mohammad Reza 

صفحه 3:
احتمالات حروف در مطبوعات انگلیسی 0.0642 8 0.1031 I 0.0575 0.0127 ۴ 0.0208 J 0.0008 0.0218 G 0.0152 K 0.0049 0.0317 H 0.0467 1 0.0321 0.0198 Q 0.0008 ‏لا‎ 0.0228 0.0574 R 0.0484 ۷ 0.0083 0.0632 5 0.0514 WwW 0.0175 0.0152 1 0.0796 x 0.0013 0.0164 2 0.0005 blank 0.1859 1 اس اكات 2 09۶ ۳ 

صفحه 4:
برخی کدهای صفحه کلید کامپیوتر Caps Lock 058 0۳0 8 A Ox1C OxFO Ox1C 3 Ox1B OxFO 18 D 0x23 OxFO 0x23 F Ox2B OxFO 8 G 0x34 OxFO 0x34 H 0x33 OxFO 0x33 J Ox3B OxFO 8 K 0x42 OxFO 0x42 L Ox4B OxFO Ox4B 2 040 OxFO Ox4C ۴ Ox52 OxFO 2 OxSA OxFO OxSA 1 8 8 8 

صفحه 5:
مثال: سیگنال ارسالی متناظر با حرف ‎٩"‏ کی بورد به ۳ s-DATA-—PS 5 tart bit DATA first bit (LSB least significant bit) 2 : 8 parity, bit | ou start bit | || 00011100001 stop bit 

صفحه 6:
كد گذاری ‎Coding‏ * کدینگ را میتوان دردو بخش کلی تعریف نمود: * کدینگ منبع: سیگنال خروجی منبع را تبدیل به دنباله بیتهای هم احتمالی را با تاکید برحداکثرسازی ظرفیت کانال انجام ميشود. * کدینگ کانال: با هدف حفاظت پیام و تطبیق آن با کانال ارتباطی انجام میگیرد. 

صفحه 7:
Source Coding = que Suu تبدیل هر سیگنال آنالوگ(صحبت يا هرپیام آنالوگ دیگر) به فرم دیجیتال بعنوان ‎Waveform Coding‏ ناميده ميكردد. البته بايد ذكر كنيم وازه ‎Kuss‏ براى برخى عملياتهاى ديكرى كه بعنوان نمونه در زير به يكى اشاره خواهد شد. اتلاق ميكردد: - 600/79 5011766 خروجیآنل و گیا دیجیتل ی کمنبع را به منظور مناسبسازملنتقل إنظير 215156 يا 15158:6) تغيير 

صفحه 8:
تبدیل آنالوگ به دیجیتال ‎Analogue / Digital‏ ‎Conversion‏ * تبدیل آنالوگ به دیجیتال که عموم با نام ‎"PCM: Pulse Code Modulation“‏ نیز شناخته میشود از دو مرحله اساسی تشکیل میشود: - نمونه برداری بکنواخت(136011187) سیگنال ورودی - تبدیل نمونه ها به اعداد و شماره های گسسته دقت هر مبدل ‎A/D‏ به تعداد بیتههای خروجی آن وابسته است. در زیر مقدار معمول بيت خروجى برخی انکدرهای متداول ارایه شده است: + Speech 8 bit + Music HiFi 16/18, even 24 bit + [Video 8 bit x 3 colours to give 24 bit] 

صفحه 9:
کدینگ سیگنالهای صوتی ‎Audio Coding‏ * استانداردهای صدای دیجیتال: ‎MPEG: Layers I, II, and III (MP3); AAC.‏ = ‎used in DAB, DVD‏ * ‎Dolby AC3, Dolby Digital, Dolby Surround.‏ * * میزان نرخ بیت متعارف یک صدای آنالوگ دو کاناله استربو پس از ‎64kbits/s to 384 kbits/s.‏ " 

صفحه 10:
کدینگ سیگنالهای تصویر ‎Video Coding‏ * استانداردهای تصویر دیجیتال: ‎HDTV,SDTV,LDTV,H263.1,...‏ " ‎MPEG 2,4‏ " * میزان نرخ بیت متعارف یک تصویر آنالوگ پس از کدینگ: ‎Up to 30Mbps‏ " 

صفحه 11:
COP OPC Crnsked Orbe OPBGAUC, where be seo ‏لیاسو ی سوم تالم‎ be prope stare, DPCP tune bora menue he meer cee of inna ce oppo ‏روج‎ ‎Brow neces ‏جم طعت‎ service ty reo ect nel cmt [09] Tw, be و سروس و ‎prove Bees ol extewsb otek‏ بت لسن 0۳۵18 موه زج سا وا لاه ‎hick currecky are ce‏ موطلری طمطمی. | [0 oP uke cbt phar (OOP). Wey seman ft werk Bre oo cio ‏احج رای ساموت همست موم‎ ennge revere (ef, OOP >), taker ‏موس ی بت‎ rey pooh oun pare kenrg or tke oot of kira (Ges sever rhymed ober or reed wy seen), I ‏الفح‎ the ‏مسج تس‎ Por ered Por OPEG A ord DP BBO, ter unk tpt be cocked by be DPEEP ver Pct ‏رام تالم‎ eoxetbred ‏د‎ rectenghr re, Phar pnt ber corked oor be 000 tenga ‏,وه رای‎ a he shape onl bens oP ha rere oe ‏روج‎ ‎Browse Franer, Current OOP bebo tee aor phy shpat tra soma are reer ‏ای سوه وهای رام )ی سوم و رجف )همطل سب‎ ‎rl ttre ort oF hae OOP beep har oe‏ جع باه مهم ‎(00 eared onl nero canker arpa uti eet ym (OO). ‎_rklion, be bt seen ene kak be reed hice te ey enh of oe OL, ‎cre hou he wereney OO Le ore rerepemea ol far ‏بط دمص‎ recive be re ‎orkind ‏سسوم‎ Phi ou fe seyre svenen oP ech OO ea fe regi Pde ‏هط موی‎ cf he ‏سا و سسوم سای‎ tke sore mpd mono For far ‎OL sine ler dred eno fa eran of eps eves (a tte ‏رت‎ ‏و رمیات سامتاه‎ cpr hy ‏سا وم سس‎ erent ‏موف‎ ‎۱ ‏و رس ما مومسم س مسلعام ‎DPBE A ed DPEG-C,‏ ولمم امس ‎vere kunty of pl Porc, Prone ee‏ سسوم وم لو موم ماوت یی ات هید تست له ۳ ‎‘ol bt rite.‏ ‎ed Mohammad Reza Razavizadeh ‎Autor:Se ‎ ‎11 

صفحه 12:
Analogue to Digital Conversion ‏ل آنالوگ به دیجیتال‎ مراحل اصلی فر آبند(۸/1 و آفت هر کدام بقرار زیر خلاصه میگردد: ‎Nyquist Sampling (Aliasing)‏ — ‎Quantization (Quantization noise)‏ — ‎Coding‏ — 

صفحه 13:
فرآیند نمونه برداری ‎Sampling Process‏ نمونه برداری 5100۱109 * تبدیل یک سیگنال از حالت "پیوسته زمان" به گسسته زمان ضرورت نموئه برداری : *_ در صورتی که پیام یک سیگنال آنالوگ باشد لازم است قبل از مدولاسیون 0 آذرا بسبب اینکه از بینهایت دامنه شمارش ناپذبر تشکیل شده به پذیری نمونه برداری کنیم. * يهنكام دريافت يك سیکنال دیجیتال نیز || با | ند بسبب عملکرد کانالهای انتقال هميشه با یک سیگنال آنالوگ مواجهیم. لذا لازم است قبل از "دمدولاسیون" آنرا نمونه برداری ورد مهن مه دهم موی ویو شتا کلی یک انکدر سیگنالهای صوتی 

صفحه 14:
فرآیند نمونه برداری (۱) «0 1 quantizer ۰ ۰ * 101, 111, 101, 000 Encoder: 000, 001, 011, 001, 000, A [Line 1 [Code 1 “A 11 

صفحه 15:
فرآیند نمونه برداری (۲) * قضیه نمونه برداری * هر سیگنال آنالوگ با پهنای باند ۷۷۲۷2" هنگامیکه با نرخ حداقل ۷ نمونه بر انیه نمونه برداری شود آنگاه میتوان از روی نمونه ها کاملا بازبابی و توصیف گردد (ضابطه نمونه برداری نایکوئیست 53101189 ‎criterion‏ < Sampling frequency g)ls) ai9.05 yuil5d * a2 OP pyar Dany Gil 8 aM Slide 15 

صفحه 16:
سیگنال نمونه برداری شده در زمان و فرکانس(۱) © رورت حالت اول : نمونه برداری با فرکانس نمونه برداری کمتر از حد نایکوئیست ع 1 tet) = 7 >» x(t)? ™*t/T. 

صفحه 17:
سیگنال نمونه برداری شده در زمان و فرکانس(۲) * حالت دوم : نمونه برداری با فرکانس نمونه برداری بیشتر از حد نایکوئیست 

صفحه 18:
عوارض نمونه برداری(۱) ‎Aliasing‏ - چنانچه ضابطه نمونه بردارى (يعنى 21/7 <,]) مراعات نشود در حوزه فركانسء تكرار طيفهاى باند يايه دجار روى هم افتادكى( 20176113221126 ) شده و لذا در فرآيند بازيابى(1"11]611126) بسبب اينكه نميتوانيم بصورت كاملا شارب هارمونیکهای متناظر نمونه ها را جدا کنیم. لاجرم بخشی از اطلاعات طیف پیام(ف رکانسهای بالاتی طیف) دچار تغییر شده و به اين عارضه 182610 گفته ميشود. 

صفحه 19:
عوارض نمونه برداری(۲) ‎Aliasing‏ Frequency Frequency Frequency . + ‏لقمواة‎ input Wanted output A Aliased output Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh Slide 19 

صفحه 20:
Quantization ‏کوانتیزا‎ * پس از نمونه برداری سیگنال بدست آمده نمونه هایی گسسته زمان و با دامنه های متنوع و باصطلاح پیوسته میباشند. در چنین وضعیتی نمیتوان با تعداد بیت محدود و معینی نمونه ها را تعریف نمود. * طی فرآیندی که "کوانتیزاسیون" نامیده میشود به هر دامنه نمونه را بر اساس اینکه در چه محدوده خاصی قرار میگیرد یک "حالت 5۵6 * با تعداد بیت مشخصی نسبت میدهیم و بدین ترتیب نمونه ها به مجموعه محدودی تقلیل میآبند. till, ‏بو‎ Quantization 

صفحه 21:
نمونه برداری سیگنالهای صوتی شاخص های نمونه برداری سیگنالهای صوتی می توان بقرار زیر خلاصه نمود: ide 22 5 تعداد نمونه ها & ‎"sampling rate’‏ * مقدار اطلاعات در هر نمونه "06۳0۸10 ۴زا" * تعداد کانالهایی که باید نمونه برداری شوند*5۴6۳۵0 ۵۲ ۰0/۵۴6 در حال حاضر سه فرکانس نمونه برداری استاندارد در عمل وجود دارد: * استاندارد حرفه ای انتشاراپخش اولین فرکانسی که در خطوط ارتباطی زمینی و تغذیه فرستنده های اف ام استفاده شد. بود. " استاندارد دستگاههای خانگی فرکانس 44۰1۳12 هدف از اين انتخاب آن بود که بتوان با استفاده از ویدئو تیپ های یوماتیک سیستم های ‎sPAL, Nts ITSC‏ با استفاده از یک آداپتور//۱. صدای دیجیتال را که به سیگنالی شبیه ویدئو تبدیل شده. روی نوار ویدئو ضبط و پخش کرد. * استاندارد پخش و ضبط در رادیو- تلویزیون 48kHz 

صفحه 22:
نمونه برداری سیگنالهای تصویر برای ایجادسیگنالهای تصویر دیجیتال از فر کانس نمونه برداری چهار برابر فرکانس موچج حامل رنگ استفاده میشود. در این خصوص در ۱۲56 برای تبدیل تصوير آنالوگ به دیجیتال استانداردی ‎ply‏ 41 50۷1۲۶ تدوین گردید که مشخصات آن بقرار زیر است: تعداد نمونه ها بر خط يا "910 :۱۱86۲ ۵1۵۱ 6۲ ‎sample‏ ‏فرکانس نمونه برداری:"3281800۲12. 14 ع ۶ ۰۵ شیوه کوانتیزیشن: 0۵061260 1۶0۲۱۷دنا رزولیشن کوانتیزیشن: ۱۰-۸ ۵۱۵۱۵4812 6/5۷)اط در با۳0) استاندارد ۲۳۵-۵06 

صفحه 23:
مثال!: نحوه دیجیتایز نمودن یک سیگنال صوتی * مشخصات سیگنال آنالوگ صدا: ‎W=4 kHz‏ * فرکانس نمونه برداری حداقل: ‎f,22W=8 kHz (8000 samples/sec)‏ * مشخصات کوانتایزر: بمنظور حفظ کیفیت صدا پس از آشکارسازی از یک انکدر حداقل ۸ بیتی بايد استفاده کنیم که در اینصورت تعداد سطوح کوانتایزر برابر ۲۵۶ بدست خواهد آمد. ‎L=28=256 levels‏ * نرخ بیت خروجی: چون نرخ خروجی سمپلر ۸۰۰۰ نمونه در ثانیه بوده و هر نمونه حاوی ۸بیت میباشد لذا نرخ بیت خروجی نهایی ۶۴۰۰۰بیت بر ثانيه(يا ۸۰۰۰بایت بر ثانیمه بدست میآید. 

صفحه 24:
مثال ۲: مشخصات سیگنال موسیقی دبجیتال با کیفیت 0 مشخصات سیگنال صدای خام(آنالوگ): استریوی دو کاناله * فرکانس نمونه برداری 44.1 kHz ‏مشخصات کوانتایز‎ "تعداد بیت اختصاص داده شده به هر نمونه: ۱۶ 965" نرخ بیت نهایی 0 بهنگام 8630 با ۷/۲۱۸6 ‎2x16x44,100 = 1.4 Mbits/s‏ حجم نهایی یک ‎SK, fold igo CD‏ ساعت صدای استریوی دیجیتال شده ‎(1.4x3,600 )/8= 635 MB (Mega byte)‏ 3 

صفحه 25:
سیستم باند پایه صوتی دیجیتال ‎PCM‏ = PCM (Pulse Code Modulation) این شیوه گرچه یک روش £0535 ‎(Primitive)‏ بوده لیکن هنوز نیز بطور وسیعی در ارسال و دریافت سیگنالهای آنالوگ استفاده میشود(برای داده های ذاتاً دیجیتال از متدهای دیگری استفاده میشود). بخش فرستنده؛ ابتدا سیگنال پیام آنالوگ توسط واحد ۸/0 به دنباله باینری تبدیل و در مرحله بعد این دنباله ‎ml, Tye JSD (SEQUENCE) Coy‏ را مدوله و بر روی کانال انتقال ارسال میکند. بخش گيرنده: شکل موج پالسی حامل بيت بس از دريافت و قدرى تقوبت و پالایش "بمنظور استخراج بیتهای محموله با هدف بازسازی (بازیابی ‎(Feconstruction‏ ‏سیگنال پیام آنالوگ" به واحد 0/8] تزریق تا در نهایت نمونه تقریبی آنچه در فرستنده تحویل سیستم شده در گیرنده دریافت گردد. * ویژگی های سیستم ۳۷: دراین سیستم انتقال باند نمیبرد؛ سیستمهای تلفن داخلی. مدم ها.بخش صدای د؛ ۷0 ها ازین تکنیک بمنظور انتقال صدا بهره میبرند. بوده و از هیچ کاربری بهره ال کامپیوترها 0۰ و برخی 

صفحه 26:
ساختاربک سیستم نمونه فرستنده (1) ۴۱۷۱ 01000111 ‎Lo} Gantt | O78‏ دما ل لاس جه مه ‎Cowper‏ |> A/D Converter ‏_مشخصات فیلتر ورودی: توسط فیلتر سیگنال ورودی به بالاترین ف رکانس حاوی انرژی صاحب‎ * ‏اطلاعات: (۲۸2) ۷۷ برش داده میشود(حفاظت در برابر 9طاکهناه)‎ :۸۵/0 ‏مشخصات واحد‎ * ‏نمونه بردار؛ با فرکانس حداقل دو برابر (۶<21۷) ۷۷عمل نمونه برداری از سیگنال ورودی را انجام‎ * ‏میدهد.‎ ‏کوافتایزر: نمونه ها ی دریافتی را در أ سطح دسته بندی و رند میکند(: تعداد سطوح تصمیم گیری)‎ ‏افكدر: هر نمونه كه در یک محدوده سطوح تصمیم گیری قرار بگیرند توسط یک كد باينرى ج199 بيتى‎ * ‏معرفی ميشود.‎ ‏مشخصات واحد 56۲1۵۱ ۵ 3۰:چون پورت /۸؛ بیتی است. ولی کانال انتقال یک بعدی است‎ * ‏لذا این واحد بیتهای همزمان را پشت سرهم پس از بافرینگ و برای رسیدن به یک نرخ بیت‎ ‏یکنواخت بسوی کانال روانه میسازند.‎ Autor:Seyed Mc 

صفحه 27:
ساختاربک سیستم نمونه فرستنده (2) ۴۱۷ تبدیل دنباله بیت به شکل موج الکتریکی: * سیستم ۳6۷ با بهره گیری از شیوه 001۳9 16 دنباله بیت تحویلی از مبدل پارالل به سریال را به یکی از شکل موجهای پایه دیجیتال. که مرکب از تعدادی پالس بدیل میکند. ۴ او_ ,اصسجی و6 01 006 114 1 ۱ 1۱ 

صفحه 28:
ساختاريك سیستم نمونه گیرنده ۳۱ * بخش بازسازی(تولید مجدد): شکل موج نویزی و دفرمه شده دریافتی پس از کاهش نویز بشکل مربعی(نظیر آنچه در فرستنده پس از 6006۲ 1106 داشتیم) بازسازی میشود. * دتکتور:دنباله بیت متناظر را از روی شکل موج تولید میکند. * دیکدر:نمونه های متناظر را از دنباله بیت بازیابی میکند. < فیلتر بازیاب (۴۱۱۸6۲ 8660۳5۲۷۷:۵۳): شکل موج آنالوگ اصلی را از روی نمونه ها ایجاد میکند. 01 006 114 1 سانا لال لعسسسين ‎Orne‏ ‘\ 01 000141004 | fin hod هم موه 

صفحه 29:
عوامل تاثیرگذار بر پهنای باند سیستم ۳۷ پهنای باند یک سیستم ‎gt POM‏ به دو عامل بستگی دارد * نرخ بیت نهایی سیستم: ,۰8 که الته این نرخ بیت به دو مولفه زیر بستگی دارد * فركانس نمونه بردارى كه خود مستقيما تابع بيهناى باند سیگنال آنالوك ورودى ميباشد. * تعداد سطوح كوانتايزر. كه هرجه بيشتر باشند بطور لكاريتمى نرخ بيت افزايش ميآبد. با توجه بايتكه افزايش ترخ بيث سبب وقوع تغييرات شديد زمانى و نهاينا تغيبرات شديد زمانى :10687031 8/6 /018نا) نيز وقوع مولفه هلى فركانس بالا زا در بى دارد افزايش بهناى باند نتيجه ميكر * شكل ‎PCM bail cy‏ Rectangular Waveform: B,=R,/2 + Sinusoidal Waveform: B,=R,/2 + Binary PCM sequence: 10 1 01010] PCM waveform: [5 8 ‏ل‎ Binary PCM sequence: T 0 I 0 [Binary PCM sequence: 1 PEM waveform: PCM waveform: |= 3 ctorbeyed Mohammad Reza 

صفحه 30:
ارزیابی سیستم ۳۷ مزیتها - مدارات دیجیتال ارزان قیمت(در مقایسه با سایر فرمهای دیجیتال دیگر) قابلیت بکارگیری برای تمامی انواع منابع سیگنال آنالوگ و نیز استفاده از ۲0" - قابلیت استفاده در ارتباطات راه دور با استفاده ازتکرار کنند ه با تضمین صحت انجام عملیات بازیابی (۲۵96۴6۲۵۱۵۲) - عملکرد نویز عالی در مقایسه با سیستمهای آنالوگ متداول - بر خورداری ازانتقال ايمن از به پهنای باند بالا * بعنوان راههای مقابله با این عیب. میتوان به استفاده از کانالهای پهن باند نظیر فیبر,روشهای فشرده سازی منبع و نیز بکارگیری از شیوه های مدولاسیون پیشرفته اشاره - سادگی بالای سیستم 

صفحه 31:
مثال - یک سیستم ]۳61۷ تلفنی با استفاده از یک 8 12/بیتی و با فرکانس 816132 یک سیگنال صوتی را د: میکند؛ مطلوبست "نرخ بیت" و "دوره بیت 010۵1108 ‎“bit‏ 

صفحه 32:
نمونه ای از کاربرد یک سیستم ۳۱۱ Downloading, server rho quantization nose 61101 ‏ده‎ Autor:Seyed Mohammad Reza y slid Raz