تبدیل آنالوگ به دیجیتال
اسلاید 1: تبدیل آنالوگ به دیجیتالبخش دومSlide 1Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 2: Slide 2تشریح پروتوکل مخابراتی مابین صفحه کلید یا کی بورد(AT) و PC در انتقال داده تبادل اطلاعات بین کی بورد و کیس یک کامپیوتر را میتوان نمونه ائی از یک سیستم باند پایه معرفی نمود.این سیستم که اصطلاحا یک سیستم مخابراتی سریال سنکرون نامیده میشود.توسط یک کابل 5 پین کدهای اطلاعاتی متناظر با هر کلید را بهمراه سایر اطلاعات و همچنین ولتاژهای مربوط انتقال داده میشوند:پین2: ارسال اطلاعاتپین1: پالس ساعت (سیگنالی با فرکانس 10-20kHz)پین5:ولتاژ 5Vپین4: زمینپس از فشردن هر کلید یک کد به PC ارسال و با رها کردن آن نیز یک کد بنام release-code نیز ارسال میگردد.Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 3: احتمالات حروف در مطبوعات انگلیسیحرفاحتمالحرفاحتمالحرفاحتمالA0.0642E0.1031I0.0575B0.0127F0.0208J0.0008C0.0218G0.0152K0.0049D0.0317H0.0467L0.0321M0.0198Q0.0008U0.0228N0.0574R0.0484V0.0083O0.0632S0.0514W0.0175P0.0152T0.0796X0.0013Y0.0164Z0.0005blank0.18593Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 4: Slide 4برخی کدهای صفحه کلید کامپیوترAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 5: Slide 5 مثال: سیگنال ارسالی متناظر با حرف “A”کی بورد به PC Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 6: Slide 6Codingکد گذاریکدینگ 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 میشود.کدینگ کانال: با هدف حفاظت پیام و تطبیق آن با کانال ارتباطی انجام میگیرد. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 7: Slide 7تبدیل هر سیگنال آنالوگ(صحبت یا هرپیام آنالوگ دیگر) به فرم دیجیتال بعنوان Waveform Coding نامیده میگردد، البته باید ذکر کنیم واژه کدینگ برای برخی عملیاتهای دیگری که بعنوان نمونه در زیر به یکی اشاره خواهد شد، اتلاق میگردد:Source Coding خروجی آنالوگ یا دیجیتال یک منبع را به منظور مناسب سازی انتقال(نظیر MPEG یا JPEG) تغییر و تبدیل میگرداند.کدینگ منبع Source CodingAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 8: Slide 8تبدیل آنالوگ به دیجیتال Analogue / Digital Conversionتبدیل آنالوگ به دیجیتال که عموما با نام “PCM: Pulse Code Modulation” نیز شناخته میشود از دو مرحله اساسی تشکیل میشود:نمونه برداری یکنواخت(Regular) سیگنال ورودیتبدیل نمونه ها به اعداد و شماره های گسستهدقت هر مبدل A/D به تعداد بیتهای خروجی آن وابسته است، در زیر مقدار معمول بیت خروجی برخی انکدرهای متداول ارایه شده است:Speech 8 bitMusic HiFi 16/18, even 24 bit[Video 8 bit x 3 colours to give 24 bit]Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 9: Slide 9کدینگ سیگنالهای صوتی Audio Codingاستانداردهای صدای دیجیتال:MPEG: Layers I, II, and III (MP3); AAC. used in DAB, DVDDolby AC3, Dolby Digital, Dolby Surround.میزان نرخ بیت متعارف یک صدای آنالوگ دو کاناله استریو پس از کدینگ: 64kbits/s to 384 kbits/s.Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 10: Slide 10کدینگ سیگنالهای تصویر Video Codingاستانداردهای تصویر دیجیتال:HDTV,SDTV,LDTV,H263.1,…MPEG 2,4میزان نرخ بیت متعارف یک تصویرآنالوگ پس از کدینگ:Up to 30MbpsAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 11: 2.2.4 MPEG-4 StandardUnlike MPEG-1/2, where the scope and technology were well defined when the projectstarted, MPEG-4 was born to answer the emerging needs of various new applications rangingfrom interactive audiovisual services to remote monitoring and control [13]. Thus, theMPEG-4 goal is to provide a flexible and extensible standard for the convergence of interactivemultimedia applications, which currently are not addressed by the existing standards.To enable the content-based interactive functionality, the MPEG-4 video standard introducesthe concept of video object planes (VOPs). It is assumed that each frame of an inputvideo sequence is segmented into a number of arbitrarily shaped image regions (e.g., VOPs),where each of the regions may possibly cover particular image or video content of interest(i.e., describing physical objects or content within scenes). In contrast to the video sourceformat used for MPEG-1 and MPEG-2, the video input to be coded by the MPEG-4 verificationmodel is no longer considered a rectangular region. The input to be coded can be aVOP image region of arbitrary shape, and the shape and location of the region can vary fromframe to frame. Successive VOPs belonging to the same physical object in a scene are referredto as video objects (VOs), that is, a sequence of VOPs of possibly arbitrary shape andposition. The shape, motion, and texture information of the VOPs belonging to the sameVO is encoded and transmitted or coded into a separate video object layer (VOL). Inaddition, the bit stream must include the relevant information to identify each of the VOLs,and how the various VOLs are composed at the receiver in order to reconstruct the entireoriginal sequence. This allows the separate decoding of each VOP and the required flexiblemanipulation of the video sequence. Notice that the video source input assumed for theVOL structure either already exists in terms of separate entities (i.e., is generated withchroma-key technology) or is generated by means of on-line or off-line segmentation algorithms.It is expected that MPEG-4 video coding will eventually support all the functionalitiesalready provided by MPEG-1 and MPEG-2, including the provision to efficiently compressstandard rectangular sized image sequences at varying levels of input formats, frame ratesand bit rates. In addition, content-based functionality will be assisted.11Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 12: Slide 12مراحل اصلی فرآیندA/D و آفت هر کدام بقرار زیر خلاصه میگردد:Nyquist Sampling (Aliasing)Quantization (Quantization noise)Codingتبدیل آنالوگ به دیجیتال Analogue to Digital ConversionAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 13: Slide 13فرآیند نمونه برداری Sampling Processنمونه برداری Samplingتبدیل یک سیگنال از حالت ”پیوسته زمان“ به گسسته زمان ضرورت نمونه برداری :در صورتی که پیام یک سیگنال آنالوگ باشد لازم است قبل از مدولاسیون دیجیتال یا PCM آنرا بسبب اینکه از بینهایت دامنه شمارش ناپذیر تشکیل شده به تعداد شمارش پذیری نمونه برداری کنیم.بهنگام دریافت یک سیگنال دیجیتال نیز بسبب عملکرد کانالهای انتقال همیشه با یک سیگنال آنالوگ مواجهیم، لذا لازم است قبل از ”دمدولاسیون“ آنرا نمونه برداری کنیم.ساختار کلی یک انکدر سیگنالهای صوتیAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 14: Slide 14فرآیند نمونه برداری (1)Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 15: Slide 15قضیه نمونه برداریهر سیگنال آنالوگ با پهنای باند W”Hz” هنگامیکه با نرخ حداقل 2W نمونه بر ثانیه نمونه برداری شود،آنگاه میتوان از روی نمونه ها کاملا بازیابی و توصیف گردد (ضابطه نمونه برداری نایکوئیستsampling criterion ).فرکانس نمونه برداری Sampling frequencyفرآیند نمونه برداری (2)fS=2 x Max Frequency of input SignalAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 16: حالت اول : نمونه برداری با فرکانس نمونه برداری کمتر از حد نایکوئیست 16Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadehسیگنال نمونه برداری شده در زمان و فرکانس(1)
اسلاید 17: سیگنال نمونه برداری شده در زمان و فرکانس(2)17Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadehحالت دوم : نمونه برداری با فرکانس نمونه برداری بیشتر از حد نایکوئیست
اسلاید 18: Slide 18چنانچه ضابطه نمونه برداری (یعنی fs>2W) مراعات نشود در حوزه فرکانس، تکرار طیفهای باند پایه دچار روی هم افتادگی( Overlapping ) شده و لذا در فرآیند بازیابی(Filtering) بسبب اینکه نمیتوانیم بصورت کاملا شارپ هارمونیکهای متناظر نمونه ها را جدا کنیم، لاجرم بخشی از اطلاعات طیف پیام(فرکانسهای بالائی طیف) دچار تغییر شده و به این عارضه aliasing گفته میشود.عوارض نمونه برداری(1) Aliasing Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 19: Slide 19عوارض نمونه برداری(2) Aliasing Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 20: Slide 20کوانتیزاسیون Quantization 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 ”حالتstate “ با تعداد بیت مشخصی نسبت میدهیم و بدین ترتیب نمونه ها به مجموعه محدودی تقلیل میآبند.QuantizationAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 21: Slide 21نمونه برداری سیگنالهای صوتیشاخص های نمونه برداری سیگنالهای صوتی می توان بقرار زیر خلاصه نمود:تعداد نمونه ها یا “sampling rate”مقدار اطلاعات در هر نمونه “bit depth”تعداد کانالهایی که باید نمونه برداری شوند“Mono or Stereo”در حال حاضر سه فرکانس نمونه برداری استاندارد در عمل وجود دارد:استاندارد حرفه ای انتشار/پخشاولین فرکانسی که در خطوط ارتباطی زمینی و تغذیه فرستنده های اف ام استفاده شد، 32kHz بود.استاندارد دستگاههای خانگیفرکانس 44.1kHz، هدف از این انتخاب آن بود که بتوان با استفاده از ویدئو تیپ های یوماتیک سیستم های NTSC و PAL و با استفاده از یک آداپتورPCM، صدای دیجیتال را که به سیگنالی شبیه ویدئو تبدیل شده، روی نوار ویدئو ضبط و پخش کرد.استاندارد پخش و ضبط در رادیو- تلویزیون 48kHzAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 22: Slide 22نمونه برداری سیگنالهای تصویربرای ایجادسیگنالهای تصویر دیجیتال از فرکانس نمونه برداری چهار برابر فرکانس موج حامل رنگ استفاده میشود.در این خصوص در NTSC برای تبدیل تصویر آنالوگ به دیجیتال استانداردی بنام SMPTE 244M تدوین گردید که مشخصات آن بقرار زیر است:تعداد نمونه ها بر خط یا “sample per total line”: 910 فرکانس نمونه برداری:”4fSC=14.32818MHz”شیوه کوانتیزیشن: Uniformly quantized رزولیشن کوانتیزیشن: 8-10 bits/Syample48kHzدر PAL استاندارد ITU-601:Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 23: Slide 23مشخصات سیگنال آنالوگ صدا:W=4 kHzفرکانس نمونه برداری حداقل:fs≥2W=8 kHz (8000 samples/sec)مشخصات کوانتایزر:بمنظور حفظ کیفیت صدا پس از آشکارسازی از یک انکدر حداقل 8 بیتی باید استفاده کنیم که در اینصورت تعداد سطوح کوانتایزر برابر 256 بدست خواهد آمد.L=28=256 levelsنرخ بیت خروجی:چون نرخ خروجی سمپلر 8000 نمونه در ثانیه بوده و هر نمونه حاوی8بیت میباشد لذا نرخ بیت خروجی نهایی 64000بیت بر ثانیه(یا 8000بایت بر ثانیه) بدست میآید.مثال1: نحوه دیجیتایز نمودن یک سیگنال صوتی Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 24: Slide 24مشخصات سیگنال صدای خام(آنالوگ): استریوی دو کانالهفرکانس نمونه برداری44.1 kHzمشخصات کوانتایزر”تعداد بیت اختصاص داده شده به هر نمونه: 16 bits“نرخ بیت نهایی CD بهنگام Read یا write21644,100 = 1.4 Mbits/sحجم نهایی یک CD صوتی شامل یک ساعت صدای استریوی دیجیتال شده(1.43,600 )/8= 635 MB (Mega byte)مثال2: مشخصات سیگنال موسیقی دیجیتال با کیفیت CDAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 25: Slide 25سیستم باند پایه صوتی دیجیتال PCMPCM (Pulse Code Modulation)این شیوه گرچه یک روش قدیمی(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 A/D به دنباله باینری تبدیل و در مرحله بعد این دنباله بیت (sequence) شکل موج پالسی را مدوله و بر روی کانال انتقال ارسال میکند.بخش گیرنده: شکل موج پالسی حامل بیت پس از دریافت و قدری تقویت و پالایش ”بمنظور استخراج بیتهای محموله با هدف بازسازی (بازیابیreconstruction) سیگنال پیام آنالوگ“ به واحد D/A تزریق تا در نهایت نمونه تقریبی آنچه در فرستنده تحویل سیستم شده در گیرنده دریافت گردد.ویژگی های سیستم PCM: دراین سیستم انتقال باندپایه بوده و از هیچ کاریری بهره نمیبرد؛ سیستمهای تلفن داخلی، مدم ها،بخش صدای دیجیتال کامپیوترها ،CD و برخی VCD ها ازین تکنیک بمنظور انتقال صدا بهره میبرند. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 26: Slide 26مشخصات فیلتر ورودی: توسط فیلتر سیگنال ورودی به بالاترین فرکانس حاوی انرژی صاحب اطلاعات: W(Hz) برش داده میشود(حفاظت در برابر aliasing)مشخصات واحد A/D :نمونه بردار: با فرکانس حداقل دو برابر W (fs≥2W)عمل نمونه برداری از سیگنال ورودی را انجام میدهد.کوانتایزر: نمونه ها ی دریافتی را در L سطح دسته بندی و رند میکند(L: تعداد سطوح تصمیم گیری)انکدر: هر نمونه که در یک محدوده سطوح تصمیم گیری قرار بگیرند توسط یک کد باینری log2L بیتی معرفی میشود.مشخصات واحد P. to Serial:چون پورت A/D ؛ 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.ساختاریک سیستم نمونه فرستنده PCM (1)SamplerQuantizerEncoderLow Pass FilterParallel to serial Conv.A/D Converter01000111001MessageAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 27: Slide 27تبدیل دنباله بیت به شکل موج الکتریکی:سیستم PCM با بهره گیری از شیوه Line Coding دنباله بیت تحویلی از مبدل پارالل به سریال را به یکی از شکل موجهای پایه دیجیتال، که مرکب از تعدادی پالس است، تبدیل میکند.ساختاریک سیستم نمونه فرستنده PCM (2)Line CodingChannelPCM Sequence: bnPCM WaveformReceiverAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 28: Slide 28بخش بازسازی(تولید مجدد): شکل موج نویزی و دفرمه شده دریافتی پس از کاهش نویز بشکل مربعی(نظیر آنچه در فرستنده پس ازLine Coder 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 (Reconstruction Filter): شکل موج آنالوگ اصلی را از روی نمونه ها ایجاد میکند.ساختاریک سیستم نمونه گیرنده PCMDetectorDecoderReconstruction FilterRegeneration CircuitD/A Converter01000111001PCM WaveformAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 29: Slide 29پهنای باند یک سیستم PCM آن به دو عامل بستگی دارد:نرخ بیت نهایی سیستم: Rb ، که البته این نرخ بیت به دو مولفه زیر بستگی دارد.فرکانس نمونه برداری که خود مستقیما تابع پهنای باند سیگنال آنالوگ ورودی میباشد.تعداد سطوح کوانتایزر، که هرچه بیشتر باشند بطور لگاریتمی نرخ بیت افزایش میآبد.با توجه باینکه افزایش نرخ بیت سبب وقوع تغییرات شدید زمانی و نهایتا تغییرات شدید زمانی(Low Bit Interval) نیز وقوع مولفه های فرکانس بالا را در پی دارد افزایش پهنای باند نتیجه میگردد.شکل موج انتخابی PCM: Rectangular Waveform: BT≥Rb/2 Sinusoidal Waveform: BT=Rb/2 Bعوامل تاثیرگذار بر پهنای باند سیستم PCMAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 30: Slide 30مزیتهامدارات دیجیتال ارزان قیمت(در مقایسه با سایر فرمهای دیجیتال دیگر)قابلیت بکارگیری برای تمامی انواع منابع سیگنال آنالوگ و نیز استفاده از TDM قابلیت استفاده در ارتباطات راه دور با استفاده ازتکرار کنند ه با تضمین صحت انجام عملیات بازیابی (regeneration) عملکرد نویز عالی در مقایسه با سیستمهای آنالوگ متداولبر خورداری ازانتقال ایمنمعایبنیاز به پهنای باند بالابعنوان 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 کرد.سادگی بالای سیستمارزیابی سیستم PCMAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 31: Slide 31یک سیستم PCM تلفنی با استفاده از یک A/D 8بیتی و با فرکانس 8kHz یک سیگنال صوتی را دیجیتایز میکند؛ مطلوبست ”نرخ بیت“ و ”دوره بیت bit duration“.مثالAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
اسلاید 32: Slide 32نمونه ائی از کاربرد یک سیستم PCMAutor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
نقد و بررسی ها
هیچ نظری برای این پاورپوینت نوشته نشده است.