(067) 720-99-41(063) 853-48-98
Пожалуйста, звоните только с 8:00 до 17:00. Спасибо.

ОЦИФРОВКА ( минимум основ )



РАЗДЕЛ "свежий" ДОБАВЛЕН 03.2017 логически взаимосвязан с остальными теоретическими разделами. ВОЗМОЖНЫ ДОПОЛНЕНИЯ / ИЗМЕНЕНИЯ.
1_РАДИО (прием / передача) ОСНОВЫ
3_СПУТНИКОВОЕ ТВ -теория

Все наслышаны о каком то мифическом цифровом сигнале и о том, что якобы он повсюду…
Только вот толком ни кто не может объяснить  на что он влияет и как проявляется в повседневной жизни.
Практически все чем вы сейчас пользуетесь в повседневной жизни, так или иначе связано с цифровыми технологиями, а точнее элементами ( комплектующими ) работающими на этих принципах.  Основой этих принципов, являются какие то нули и единицы (биты).  Простейшее сравнение:
1) включили люстру (светится) – это единица ( 1 )
2) выключили люстру (не светится ) – это ноль ( 0 )
И этот принцип давно используется человечеством. Азбука Морзе основывается на этом принципе и сигнальные фонари ЗА ЦАРЯ ГОРОХА (когда еще корабли ходили под парусами…). Фонари выполняли роль передатчика, а сама азбука несла информацию.



.......International_Morse_Code  .......Сигнальный фонарь.......

Сейчас же принципы остались те же что и сотни лет назад, по сути нули и единицы, а вот способы передачи и хранения информации, не перестают удивлять…

Давайте за пример, для наглядности,  возьмем музыкальный CD ( компакт диск), а точнее фото, сделанное электронным микроскопом.

CD Вот так на CD диске, наглядно может выглядеть все что угодно: музыка, фото, видео, документ… АБСОЛЮТНО ВСЕ !!! ( и чем вам не азбука Морзе…!? ) Есть прожиг – единица, нет прожига – ноль.


Достаточно ответить по мобильному телефону на звонок (вызов ) и ваша речь будет из аналогового вида преобразована в цифровой и передана собеседнику.

КАК ЭТО РЕАЛИЗОВАНО !?

Давайте поэтапно, начнем с простого.

0_1 Представьте что в вашей люстре установлено 4 лампочки, а управляются они всего двумя рубильниками (выключателями), от состояния  рубильников, а точнее от их комбинаций, будет зависеть, сколько лампочек будет светиться. Таким образом, люстре можно задать четыре состояния:
а) 11-максимальная яркость,
б) 00- яркость выше среднего,
в) 10- яркость ниже среднего,
с) 01- минимальная яркость

ЕСЛИ ВЫ ПОНЯЛИ СМЫСЛ ЭТОЙ СЛОЖНЕЙШЕЙ КОМБИНАЦИИ, СОСТОЯЩЕЙ ВСЕГО ИЗ ДВУХ РУБИЛЬНИКОВ И ЧЕТЫРЕХ КОМБИНАЦИЙ, ТО СМЕЛО МОЖНО ЗАВОПИТЬ – УРАААААааааааа.

Если же НЕТ!? То ОБЯЗАТЕЛЬНО ПРОЧТИТЕ ВЫДЕЛЕННЫЙ ТЕКСТ И ВНИМАТЕЛЬНО РАССМОТРИТЕ КАРТИНКУ ЕЩЕ РАЗ !!! ЭТО ОЧЕНЬ ВАЖНО !!!

Под итожим! Состояние: 0 или 1 зовется битом информации. Картинка выше, иллюстрирующая четыре комбинации всего из двух битов.
Немного усложним.
Теперь основываясь все на той же картинке из четырех лампочек, представьте, что туда же добавили ЕЩЕ ОДИН РУБИЛЬНИК ( БИТ ) Вносим ясность. Немного математики. Берем 2 бита (т.е. четыре возможных результата, картинка выше) и усложняем увиденную комбинацию третим битом. В математическом виде это 2 х 2 х 2 = 8 комбинаций.
В бинарном получается  000 , 001 , 010 , 100 , 110 , 101 , 011 , 111 восемь комбинаций. Т.е. с помощью трех рубильников (бит) было бы возможно сформировать комбинацию включаемых лампочек уже из восьми штук.

 
Продолжая дальше, получим:
4 бита- 16 вариантов,
5 бит- 32 варианта,
6 бит- 64 варианта,
7 бит- 128 вариантов,
8 бит- 256 вариантов т.е. Умножаем 2 х 2 х 2 х 2 х 2 х2 х2 х 2 = 256
Пока остановимся на этом счастливом числе и пойдем дальше…

Вдруг кто не понял всех заморочек… Попробуем объяснить ЯВНО НЕ В СТИЛЕ ПРОФЕСУРЫ, по простому, на пальцах… Берем тетрадь  или книгу (обзовем ее восьмибитной) с 256 листами. Каждый лист (именно лист, не страница!) будет пронумерована ТОЛЬКО !!! теми самыми битами !!! Ведь вы то помните, что БИТ информации это либо 0 (ноль), либо -1(единица) как канавки на CD (компакт диске)


ПРИМЕРЫ:
( обратите внимание на сдвиг в лево единицы, дошли до 8го листа. пошла следующая 1 и т.д.)
1й лист – 00 00 00 01
2 й лист – 00 00 00 10
3 й лист – 00 00 01 00
4 й лист – 00 00 10 00
5 й лист – 00 01 00 00
6 й лист – 00 10 00 00
7 й лист – 01 00 00 00
8 й лист – 10 00 00 00
8 й лист – 10 00 00 01
10 й лист – 10 00 00 10
256 й лист – 11 11 11 11


Пронумеровали БИТНО! Теперь берем гвоздь, ставим на книгу и умеренно бьем молотком. Смотрим сколько ЛИСТОВ ПРОБИЛИ и записываем номер листа (страниц нет!), а восьмибитное значение. Это и будет цифровое значение. Один удар (пробой )наДЦАТИ листов- дискретизация или выборка, ну а т.к. удар был один то это точно 1 квантование.
Ну и к чему это  все, если продолжает мучить вопрос. Как с помощью тех самых канавок на CD диске хранится звуковая информация, видео, фото? А точнее как такие разные форматы вмещаются всего в два состояния 0 и 1 ?

Формируется цифровой носитель (те самые 000100110101000) с  аналога.
Вот например когда вы говорите по мобильному телефону, то микрофон и микрофонный усилитель являются аналоговыми. Преобразовывается ваша аналоговая речь в цифровой вид с помощью Аналого-Цифрового Преобразователя (АЦП), после  чего она передается вашему собеседнику ( или  записывается на телефон “FLESH карту”).
Обратный процесс происходит при считывании записи с (FLESH карты) или когда вы слышите абонента позвонившего вам. Т.Е. цифровой формат преобразовывается Цифро-Аналоговым Преобразователем ЦАП), после чего усиливается и подается на динамик.

И ЭТИ ПРИНЦИПЫ ПРИМЕНЯЮТСЯ ПОВСЮДУ ( в том или ином виде) !!!

Попытаемся детальней описать основы работы (устройства) АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.

Принцип оцифровки

Наверняка многие в своей жизни видели такой магнитофон или подобный !?  Внимание акцентировано на ИНДИКАТОРЕ УРОВНЯ ЗВУКОВОГО СИГНАЛА (в левой части магнитофона, светится ярко зеленым). Именно это устройство внесет ясность… 
    Колонка, состоящая из множества огоньков, заполняется (загорается) в зависимости от (силы / мощности звука) меняющегося во времени электрического сигнала. Основой данного индикатора уровня, является набор последовательно соединенных сопротивлений (левая часть рисунка).  Подавая электрические колебания (допустим с магнитофона) на последний резистор (верхний), напряжения  заданного значения  снимаются с отводов, открывают электронные ключи (компараторы)  и поджигают соответствующие огоньки.  Те же напряжения, которые ниже необходимого уровня,  попросту не в силах этого сделать и как следствие остальная часть индикатора не “загорается”.
Если же вместо элементов индикатора в данном устройстве будет установлен шифратор, то получится простейший Аналого-Цифровой Преобразователь ( АЦП ).
Вспомните ранее описываемую книгу, ЛИСТЫ (не страницы) которой пронумерованы бинарно т.е. двумя состояниями 0 или 1.

Большими квадратами в четыре столбика обозначен смысл происходящего.
УПРОСТИМ  КАК И В НАЧАЛЕ ДО ДВУХ БИТ (максимальное упрощение).

Допустим электрический сигнал ”продавил” четыре сопротивления и открыл четыре ключа (компаратора ), тогда это значение декодер преобразует в – 1 1,  три квадратика в – 0 0,  два в -1 0,  один в 0 1.
Это всего два бита… а их может быть!?!?!?… (по необходимости…!).
Количество снимаемых показаний  ( компараторами т.е. ключами) с исходного сигнала называются –(вспомните пробитые листы и битно прописанный номер - КВАНТОВАНИЕ) На рисунке ниже, вертикально расположенные нули и единицы - КВАНТОВАНИЕ. Чем их больше, тем точнее снимаемое показание. А количество повторений данной операций (т.е. пробоев, снятия сигнала) за единицу времени, называется ДИСКРЕТИЗАЦИЕЙ или ВЫБОРКОЙ (т.е. количество обработанных столбиков в секунду). Теперь полученный оцифрованный сигнал можно или сохранить или передать…
Об том же, но детальней-

АЦП

Допустим оцифровываете вы речь, каждая отдельно взятая колонка, соответствует определенному уровню в тысячную долю секунды (движемся с лева на право) 10000011 потом следующая 00000110 и т.д. в итоге получаем последовательность 100000110000011000000100… т.е. каждые 8 бит, характеризуют значение из 256 возможных уровней.
Оцифровали и сохранили на CD компакт диск.

Вот например стандартные параметры музыкального CD диска:
Частота дискретизации — 44,1 кГц
Разрядность — 16 бит (линейное квантование)
 (1кГц- равен 1000Гц. 44.1 умножаем на 1000 = 44100 ВЫБОРОК  в секунду)
А 16 бит это 512 возможных вариантов.

Решили прослушать запись. (примером выбраны 8 бит… меньше цифр).Теперь весь описанный процесс, происходит в обратной последовательности.С носителя считывается битная информация 100000110000011000000100… разделяется на блоки по 8 бит и поступает на Цифро-Аналоговый Преобразователь (ЦАП). Декодируясь (т.е. из 8 бит в обратной последовательности) раскладывается на одно из 256 возможных значений и включает соответствующую группу резисторов, которые формируют максимально иСХОДНОЕ значение (до преобразования). Т.Е. все процессы протекают в обратной последовательности.

 Исправление ошибки
А тут бац и на CD диске царапина. А то и не одна. Т.Е. имеем потерю (выпадение) куска информации (нескольких блоков а то и десятков.
Одним из простейших решений, в автоматическом режиме, может быть выведение среднестатистического показания. Если точнее, то автоматически сформируется среднее значение с момента пропажи информации до момента ее появления.  

Таким образом, исправление выпадений (ошибок) производится до предельно возможного момента. “Рваная” речь при разговоре по мобильному телефону, это максимально наглядный пример присутствия критического числа ошибок(выпадений) в цифровом сигнале.

Выше описанные принципы применяются так же  в цифровой фотографии и видео. А т.к. цветное изображение формируется из сочетания трех основных цветов: Красный (RED), Зеленый (GREN), Синий (BLUE), то соответственно объемы обрабатываемой информации увеличиваются в три раза.

    RGB          А т.к. цветное изображение формируется из сочетания трех основных цветов: Красный (RED), Зеленый (GREN), Синий (BLUE), то соответственно объемы обрабатываемой информации увеличиваются в три раза.         

Ячейка состоящая из трех цветов, называется – пиксель. Современные телевизоры стандарта FUL HD имеют разрешение 1080 пикселей вертикально на 1920 пикселей горизонтально. Если умножить 1080 х 1920 = 2 073 600 пикселей. (т.е. более 2млн. штук)

Сделав снимок цифровой камерой, происходит поочередный опрос каждого пикселя, а точнее каждой отдельной ячейки, формирующей пиксель отвечающей за свой цвет. Снятый потенциал с ячейки  (зависящий от освещенности данной области)  моментально подается на АЦП где приобретает цифровой, бинарный вид.  Для формирования снимка, эта операция проводится (моментально)  поочередно с каждым пикселем, с каждой отдельной ячейкой пикселя, таким образом формируется кадр.
При цифровой видеосъемке (записи), данный операция должна производиться мин. 25 раз в секунду ( и более ) что бы изображение не мерцало.

ТЕПЕРЬ НА ВСКИДКУ ПРИКИНЬТЕ, КАКОЕ КОЛИЧЕСТВО  БИТ ЕЖЕСЕКУНДНО ПОСТУПАЕТ В ВАШ ТВ, ЧТО БЫ ВЫ МОГЛИ  ПРОСМАТРИВАТЬ КАКУЮ ЛИБО ПЕРЕДАЧУ !

Существует множество  протоколов  сжатия видео и исправления ошибок с разными принципами работы. Например если на монотонной сцене присутствует  движущийся объект (допустим рыбка в аквариуме), то за основу сохраняется общая картина (понятно что в оцифрованном виде) а дополняющая (порядками меньшая информация) сама рыбка… Этот принцип массово используют в современных телевизорах с повышенными характеристиками развертки. В итоге вы видите обман зрения.
Допустим в исходном источнике сигнала,  изображающего аквариум с плавающей рыбкой  было 25 кадров,  а на экране ТВ откуда то взялось 200 кадров!?
Рыбку (как движущийся объект) дорисовал видеопроцессор (аппликация…) на дополнительные ( искуственне ) кадры. В итоге рыбка получилась не размытая, как это было бы при 25 реальных кадрах.

Вот вы читали, читали…  уморились…  Начали задумываться: А ЗАЧЕМ МНЕ ЭТО НУЖНО !?

Нужно!

Понимание основных происходящих процессов в спутниковой системе комплексно, наверняка поможет обойти стороной дешевый хлам и сделать достойный выбор при покупке спутниковой системы.


ИНАЧЕ НАДПИСЬ – НЕТ СИГНАЛА! Или “рваная” картинка на экране ТВ будет повседневной нормой.

Далее, следующий теоретический раздел, описывающий уже исключительно принципы работы отдельных узлов спутниковой системы.

НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫМ СВЯЗУЮЩИМ ЗВЕНОМ ВСЕХ ТРЕХ РАЗДЕЛОВ, БУДЕТ СЛЕДУЮЩИЙ ОЧЕНЬ ПРОСТОЙ РИСУНОК, С ОЧЕНЬ КРАТКИМ ОПИСАНИЕМ…

Фазовая модуляция

Верхняя часть рисунка,  основывается на первом теоретическом разделе, цель которого, донести смысл основ радиопередачи,  НО БОЛЬШЕ, РАДИОПРИЕМА. Основой являются  электромагнитные колебания и обязательно модулированные амплитудно или частотно.

Нижняя часть рисунка, увязывает  радиопередачу (т.е. первый раздел) с этим разделом, ПОВЕРХНОСТНО описывающим МАЛЕНЬКУЮ ЧАСТЬ ОСНОВ цифровых технологий.

Зная основу основ радиопередачи, а именно то, что в несущую частоту НЕОБХОДИМО внести изменения И УЖАСАЮЩЕ ПРЕДСТАВЛЯЯ массивы цифровой информации которые необходимо передать/принять, В НАШЕМ СЛУЧАЕ ПРИНЯТЬ ! Представляется возможным подытожить.
Так вот, для передачи больших объемов информации, простейшим способом является модуляция фазы несущих колебаний. Иллюстрировано в нижней части рисунка напротив символов – 1.  А так как (аппетит) БИТНОСТЬ устройств новых поколений  растет, то и количество цифровой информации увеличивается в разы.
Могут использоваться кодировки для уплотнения информации, например разбитие цифрового потока на четные и не четные биты…  Акцетнируем внимание на фазе и логическом состоянии 1, выделенных красным цветом. Фаза выделенная красным не обрезана/не вдавлена (в отличии от других). Именно по тому, что подпадает в пакет из единиц. Т.Е. суть кодирования (передачи) в данном случае, заключается в “обрезании”  фазы, что является стартом для подсчета поступающих состояний (нулей или единиц )  до следующей смены фазы, а самими колебаниями, даже не модулированными, ведется подсчет бит.

И вот теперь стоит вспомнить о картинке иллюстрирующей принцип исправления (компенсации) цифровых ошибок при выпадениях информации. Слышали, как ШИПИТ радиоприемник во время прослушивания какой-нибудь радиостанции, при неуверенном приеме?! Это тот самый шум, который, просто клочьями вырывает полезный сигнал и оставляет там дыры.
Минимизация этого самого шума (помех), в следующем теоретическом разделе будет занимать первое место.