Tại sao công nghệ analog vẫn tồn tại trong thế giới kỹ thuật số? Tôi nghĩ gì về một khóa học chuyên ngành khoa học máy tính: chủ đề “Coding”
Tiếp tục. Xem số 5, tháng 6/2009
Bộ công cụ
Trong tất cả các phiên bản của tác giả về khóa học khoa học máy tính ở trường, khái niệm hình thành hệ thống trung tâm là khái niệm thông tin. Thành phần cơ bản của khoa học máy tính là khoa học về thông tin và các quá trình thông tin. Khóa học chuyên ngành về khoa học máy tính ở trường trung học mang lại nhiều cơ hội hơn để bộc lộ nội dung cơ bản này so với khóa học ở trường trung học. Điều này trước hết được tạo điều kiện thuận lợi bởi các hoạt động giáo dục đã hoàn thành ở các lớp trước, và thứ hai là do học sinh được rèn luyện thể chất và toán học ở cấp độ cao hơn.
Phần về mã hóa thông tin là trọng tâm của thành phần lý thuyết của khóa học. Nó phản ánh những ý tưởng cơ bản về trình bày và chuyển đổi thông tin làm nền tảng cho công nghệ thông tin. Hiểu được những ý tưởng này góp phần mang lại sự hiểu biết sâu sắc về CNTT cho người dùng chuyên nghiệp và quan trọng hơn là cho nhà thiết kế hệ thống máy tính trong tương lai.
Chi tiết hơn ở trường cơ bản, chúng ta sẽ nói về các tính năng của các hình thức truyền thông tin tương tự và kỹ thuật số. Bản chất của ADC - chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số - được giải thích đầy đủ chi tiết.
Ý tưởng chính của phần này là mã hóa nhận được sự làm rõ đa phương. Mã là một chuỗi ký tự chứa một số thông tin. Mã hóa là quá trình xây dựng mã. Tất cả các tùy chọn mã hóa có thể được chia thành hai nhóm:
1) chuyển đổi từ dạng tương tự sang dạng rời rạc, tượng trưng;
2) chuyển đổi từ hệ thống biểu tượng này sang hệ thống biểu tượng khác.
Các phương pháp của nhóm mã hóa thứ hai phụ thuộc vào mục đích. Có thể có các lựa chọn sau: chuyển từ tiêu chuẩn trình bày này sang tiêu chuẩn trình bày khác; giảm khối lượng dữ liệu (nén, đóng gói); phân loại thông tin (mã hóa) và quy trình ngược lại - giải mã; đảm bảo kiểm soát lỗi trong quá trình truyền dữ liệu. Trong mọi trường hợp, một số thuật toán mã hóa nhất định được sử dụng, thường đằng sau đó là các mô hình toán học. Giáo viên phải hình thành cho học sinh sự hiểu biết có hệ thống về các vấn đề mã hóa và cách giải quyết chúng.
Các lớp học về khoa học máy tính được chia thành các bài học lý thuyết và một buổi hội thảo về máy tính (tất nhiên, cả hai hình thức công việc này có thể được kết hợp trong một giờ học). Trong khóa học này, các tác giả đề xuất một hình thức tổ chức lớp học khác - nghiên cứu bài học. Tài liệu cho bài học như vậy có trong §5 “Thí nghiệm số trong xử lý âm thanh”. Công việc bao gồm việc giáo viên trình diễn các thí nghiệm số được thực hiện trong môi trường bảng tính bằng máy tính và các công cụ trình chiếu. Học sinh có thể lặp lại các phép tính tương tự trên PC của mình song song, nhưng sau đó họ được giao nhiệm vụ để tiếp tục thí nghiệm một cách độc lập. Các kết quả được thảo luận chung.
Trong đơn vị mã hóa, học sinh tiếp tục nâng cao kỹ năng lập trình bảng tính và Pascal.
§1. Tín hiệu - vật mang thông tin
Một người nhận biết thông tin từ thế giới bên ngoài bằng các giác quan của mình. Hầu hết thông tin chúng ta nhận được đều thông qua thị giác và thính giác.
Cơ quan thính giác nhận biết tín hiệu âm thanh, đểđược truyền bởi sóng âm thanh. Cơ quan thị giác nhận biết tín hiệu thị giác, bản chất của nó là sóng điện từ ở một dải tần số nhất định. Bất kì tín hiệu- đây là sự thay đổi về một số đại lượng vật lý truyền thông tin đến đối tượng nhận(sinh vật sống hoặc thiết bị kỹ thuật). Tín hiệu âm thanh có liên quan đến sự thay đổi áp suất không khí do sóng âm tạo ra và ảnh hưởng đến cơ quan thính giác. Tín hiệu thị giác có liên quan đến sự thay đổi các thông số của bức xạ ánh sáng điện từ mà các cơ quan thị giác cảm nhận được.
Trong nhiều thế kỷ, con người chỉ có thể nghe thấy âm thanh ở khoảng cách tự nhiên với nguồn phát và nhìn thấy các vật thể trong tầm nhìn của họ. Sự phát triển của khoa học và công nghệ đã cho phép con người vượt qua những ranh giới nhận thức tự nhiên này.
Trong hai thế kỷ qua, các nhà khoa học và nhà phát minh đã đạt được những kết quả to lớn trong việc tạo ra các công cụ liên lạc để truyền thông tin qua khoảng cách xa. Các phương tiện truyền thông kỹ thuật khác nhau cung cấp việc truyền hai loại tín hiệu: tương tự Và rời rạc.
Một từ đồng nghĩa với “analog” là “liên tục”. Ví dụ, âm thanh là một quá trình sóng liên tục xảy ra trong khí quyển hoặc môi trường liên tục khác. Thuật ngữ “rời rạc” có nghĩa là “được phân chia”, bao gồm các hạt, nguyên tố, lượng tử riêng lẻ. Các phương tiện truyền thông kỹ thuật đầu tiên trong lịch sử nhằm mục đích truyền tải văn bản ở dạng rời rạc.
Thế kỷ 19 là thế kỷ vĩ đại của những phát minh kỹ thuật. Năm 1831, Michael Faraday phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ. Sau đó, sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện bắt đầu: máy phát điện được phát minh và các phương tiện truyền tải điện đi xa được tạo ra. Điện có nhiều công dụng. Quan trọng nhất trong số đó là: chiếu sáng và sưởi ấm bằng điện, động cơ điện, viễn thông - truyền tải thông tin bằng điện. Ý tưởng truyền thông tin qua dây dẫn có vẻ rất tuyệt vời vào thời điểm đó: người ta có thể truyền văn bản với tốc độ truyền tín hiệu điện - gần bằng tốc độ ánh sáng.
Máy điện báo điện từ đầu tiên được tạo ra bởi nhà khoa học người Nga Pavel Lvovich Schilling vào năm 1832. Năm 1837, Samuel Morse người Mỹ được cấp bằng sáng chế cho thiết kế của mình cho thiết bị điện báo điện từ. Ông cũng phát triển mã điện báo, được gọi là mã Morse.
Tin nhắn điện báo là một chuỗi các tín hiệu điện được truyền từ một thiết bị điện báo qua dây dẫn đến một thiết bị điện báo khác. Những hoàn cảnh kỹ thuật này đã khiến S. Morse nảy ra ý tưởng chỉ sử dụng hai loại tín hiệu - ngắn và dài - để mã hóa các tin nhắn được truyền qua đường dây liên lạc điện báo.
Trong mã Morse, mỗi chữ cái trong bảng chữ cái được mã hóa bằng một chuỗi tín hiệu ngắn (dấu chấm) và tín hiệu dài (dấu gạch ngang). Trong bảng ở Hình. Hình 1 cho thấy mã Morse liên quan đến bảng chữ cái Latinh và tiếng Nga.
Cơm. 1. Bảng mã Morse
Tin nhắn điện báo nổi tiếng nhất là tín hiệu cấp cứu SOS ( Sđại lộ ồ bạn Sôi- cứu các linh hồn của chúng tôi). Đây là những gì nó trông giống như trong mã Morse:
- - -
Ba dấu chấm tượng trưng cho chữ cái Latinh S, ba dấu gạch ngang tượng trưng cho chữ O. Hai dấu dừng ngăn cách các chữ cái với nhau. Người điều hành điện báo, truyền một tin nhắn bằng mã Morse, “gõ” nó bằng phím điện báo: dấu chấm - tín hiệu ngắn, dấu gạch ngang - tín hiệu dài, sau mỗi chữ cái - tạm dừng. Trên máy nhận, tin nhắn được ghi trên băng giấy dưới dạng các chấm, dấu gạch ngang và khoảng trắng đồ họa, được nhân viên điện báo đọc bằng mắt.
Mã Morse là mã không đồng đều, vì đối với các chữ cái khác nhau trong bảng chữ cái, độ dài mã thay đổi từ một đến sáu ký tự (dấu chấm và dấu gạch ngang). Vì lý do này, cần có ký tự thứ ba - một khoảng dừng để tách các chữ cái ra khỏi nhau.
Mã điện báo thống nhất được phát minh bởi người Pháp Jean Maurice Baudot vào năm 1870. Nó chỉ sử dụng hai loại tín hiệu khác nhau. Việc bạn gọi chúng là gì không quan trọng: dấu chấm và dấu gạch ngang, cộng và trừ, không và một. Đây là hai tín hiệu điện khác nhau.
Trong bảng mã Baudot, độ dài mã của tất cả các ký tự trong bảng chữ cái là như nhau và bằng năm. Trong trường hợp này, không có vấn đề gì trong việc tách các chữ cái ra khỏi nhau: mỗi năm tín hiệu là một ký tự văn bản.
Nhờ ý tưởng của Bodo, người ta có thể tự động hóa quá trình chuyển và in thư. Năm 1901, thiết bị điện báo có bàn phím được tạo ra. Nhấn một phím có một chữ cái nhất định sẽ tạo ra tín hiệu năm xung tương ứng, tín hiệu này được truyền qua đường truyền thông. Thiết bị nhận dưới tác động của tín hiệu này sẽ in cùng một chữ cái trên băng giấy.
Điện báo Morse và Baudot là rời rạc các phương pháp truyền tải thông tin.
Sự kiện quan trọng tiếp theo trong công nghệ truyền thông là việc phát minh ra điện thoại. Năm 1876, Alexander Bell người Mỹ đã nhận được bằng sáng chế cho phát minh của mình. Một năm sau, Thomas Alva Edison đã phát minh ra chiếc điện thoại có micrô carbon, loại micrô này vẫn còn được sử dụng. Thông tin liên lạc qua điện thoại truyền âm thanh đi một khoảng cách bằng cách sử dụng tín hiệu điện liên tục được điều chế theo tần số rung động của âm thanh. Một điện áp xoay chiều được tạo ra trong micro của người nói và trong tai nghe của người nghe, nó được chuyển thành các rung động âm thanh. Điện thoại là một phương pháp truyền âm thanh tương tự.
Nhờ sự phát hiện ra sóng điện từ vào năm 1888 của Heinrich Hertz, việc phát minh ra truyền thông vô tuyến đã trở nên khả thi. Gần như đồng thời, vào năm 1895, Alexander Popov ở Nga và vào năm 1896, G. Marconi người Ý, đã phát minh ra máy phát và thu sóng vô tuyến đầu tiên. Những người cùng thời với phát minh này gọi radio là điện thoại không dây. Nguyên lý truyền âm thanh qua liên lạc vô tuyến là sự truyền trong không gian của sóng điện từ tần số cao (sóng mang) được điều chế biên độ bằng các dao động âm thanh tần số thấp. Trong máy thu radio, các rung động âm thanh được tách khỏi tần số sóng mang và chuyển thành âm thanh. Truyền thông vô tuyến là một phương pháp truyền âm thanh tương tự.
Vào thế kỷ 20, với sự phát minh ra truyền hình, người ta có thể truyền hình ảnh đi một khoảng cách xa. Tín hiệu điện từ của tivi cũng phương pháp tương tự để truyền thông tin âm thanh và video.
Vào nửa sau của thế kỷ 20, đã có sự chuyển đổi sang hình thức biểu diễn thông tin chủ yếu là rời rạc để lưu trữ, truyền tải và xử lý. Quá trình này bắt đầu với việc phát minh ra công nghệ đo lường và tính toán kỹ thuật số. Hiện nay, xử lý máy tính đang trở thành một phần tử của tất cả các hệ thống truyền thông: điện thoại, đài phát thanh và truyền hình. Điện thoại kỹ thuật số và truyền hình kỹ thuật số đang phát triển. Internet như một hệ thống truyền thông toàn cầu chỉ dựa trên công nghệ kỹ thuật số rời rạc để lưu trữ, truyền tải và xử lý thông tin.
Câu hỏi và nhiệm vụ
1. Tín hiệu là gì?
2. Chứng minh việc sử dụng đúng cụm từ “tín hiệu đèn giao thông”.
3. Cho ví dụ về các tín hiệu tương tự có tính chất truyền tải thông tin.
4. Bạn có nghĩ lời nói của con người là một dạng truyền tải thông tin tương tự hay rời rạc?
5. Hãy kể tên những sự kiện chính trong lịch sử phát minh ra phương tiện kỹ thuật truyền thông.
6. Tại sao gần đây công nghệ truyền thông kỹ thuật số đang thay thế công nghệ truyền thông analog?
§2. Mã hóa văn bản
Mã hóa là gì
Mã hóa là sự thể hiện thông tin dưới dạng sự kết hợp của các ký hiệu. Mã hóa xảy ra theo các quy tắc nhất định. Quy tắc mã hóa phụ thuộc vào mục đích của mã, tức là. về cách thức và mục đích nó sẽ được sử dụng.
Viết là một cách mã hóa lời nói bằng ngôn ngữ tự nhiên. Văn bản viết (còn gọi là lời nói bằng văn bản) nhằm truyền tải thông tin từ người này sang người khác cả trong không gian (thư, ghi chú) và trong thời gian (sách, nhật ký, kho lưu trữ tài liệu, v.v.). Các quy tắc mà con người thực hiện mã hóa thông tin bằng văn bản được gọi là ngữ pháp của một ngôn ngữ (tiếng Nga, tiếng Anh, tiếng Trung, v.v.), và người có thể đọc và viết được gọi là người biết chữ.
Nếu việc ghi âm giọng nói được gọi là mã hóa thì việc đọc văn bản viết chính là như vậy. giải mã. Vì chúng ta bày tỏ suy nghĩ của mình dưới dạng lời nói nên quá trình trao đổi thông tin bằng văn bản giữa mọi người có thể được biểu diễn bằng sơ đồ sau (xem sơ đồ).
Với phương pháp trao đổi thông tin bằng văn bản này, giấy thường được sử dụng làm phương tiện truyền thông.
Với việc phát minh ra các phương tiện truyền thông kỹ thuật, người ta có thể nhanh chóng truyền văn bản qua khoảng cách xa. Nhưng quá trình này yêu cầu sử dụng thêm một lớp mã hóa. Chúng ta hãy lặp lại câu nói trên một lần nữa: phương pháp mã hóa phụ thuộc vào mục đích của mã. Nếu mã nhằm mục đích truyền văn bản qua hệ thống truyền thông kỹ thuật thì nó phải được điều chỉnh phù hợp với khả năng của hệ thống này. Một ví dụ về mã “kỹ thuật” như vậy là mã Morse.
Quá trình truyền tin nhắn điện báo bằng mã Morse có thể được biểu diễn bằng sơ đồ sau:
Các phương pháp mã hóa văn bản
Việc mã hóa văn bản luôn diễn ra theo nguyên tắc sau: mỗi ký tự của bảng chữ cái văn bản nguồn được thay thế bằng tổ hợp các ký tự của bảng chữ cái mã hóa. Đối với mã Morse, các quy tắc này được trình bày trong bảng trên cơm. 1.
Trong bảng mã Morse, hai ký hiệu được sử dụng để mã hóa 32 chữ cái trong bảng chữ cái tiếng Nga (chữ E bắt đầu chỉ được sử dụng trong văn bản viết vào giữa thế kỷ XX): một dấu chấm và một dấu gạch ngang. Tuy nhiên, khi truyền các từ do mã không đồng đềuĐối với các chữ cái khác nhau, bạn cũng phải sử dụng khoảng cách giữa các chữ cái: khoảng dừng trong thời gian truyền hoặc khoảng trắng trên băng điện báo. Vì vậy, trên thực tế, bảng chữ cái mã điện báo Morse có ba ký tự: dấu chấm, dấu gạch ngang, bỏ qua.
Mã điện báo của Baudot là mã 5 bit thống nhất nhị phân. Trên cơ sở đó, vào năm 1932, nó đã được phát triển mã điện báo quốc tế ITA2, bảng mã được trình bày trêncơm. 2.
Cơm. 2. Mã điện báo ITA2
Mã ký tự nhị phân được thu gọn thành định dạng số thập lục phân gồm hai chữ số, trong đó chữ số đầu tiên nhận giá trị 0 hoặc 1. Có ba loại ký tự: chữ cái, số và dấu hiệu và ký tự điều khiển. Việc chuyển sang chế độ nhập chữ cái được thực hiện bằng mã 1F 16 (dạng nhị phân 1 1111). Chữ A có mã số 03 16 (0 0011); mã cho chữ R là 0A 16 (0 1010). Mã tương tự ở chế độ nhập chữ số đại diện cho số 4. Từ “BODO” ở dạng thập lục phân được mã hóa như sau: 19 18 09 18. Độ dài mã nhị phân của từ này là 20.
Vào nửa sau của thế kỷ XX, máy tính đã được tạo ra và phân phối. Để xử lý văn bản máy tính, cần phải tạo ra một tiêu chuẩn mã hóa ký tự. Năm 1963, một tiêu chuẩn đã được thông qua, được gọi là ASCII - Mã tiêu chuẩn Mỹ để trao đổi thông tin. ASCII là mã nhị phân bảy bit, được đưa ra trong bảng. 1.
Mã của một ký tự là số thứ tự của nó trong bảng mã. Nó có thể được biểu diễn dưới dạng hệ thống số thập phân, nhị phân và thập lục phân. Mã trong bộ nhớ của máy tính là số nhị phân 7 bit. Trong bảng 1 Mã ASCII được biểu diễn dưới dạng thập lục phân thu gọn. Khi mở rộng sang dạng nhị phân, các mã là số nguyên nhị phân bảy bit nằm trong khoảng từ 000 0000 2 = 00 16 = 0 đến 111 1111 2 = 7F 16 = 127. Tổng cộng có 2 7 = 128 ký tự.
32 ký tự đầu tiên (00 đến 1F) được gọi là ký tự điều khiển. Chúng không được phản ánh trong bất kỳ ký tự nào trên màn hình điều khiển hoặc khi in, nhưng chúng xác định một số hành động khi xuất văn bản. Ví dụ: mã 08 16 (BS) xóa ký tự trước đó; theo mã 07 16 (BEL) - đầu ra tín hiệu âm thanh; mã OD 16 (CR) có nghĩa là đi về đầu dòng (vận chuyển trở lại). Những ký tự này được kế thừa từ bộ mã hóa cho thông tin liên lạc bằng điện báo, mà ASCII ban đầu được sử dụng, đó là lý do tại sao các thuật ngữ cổ xưa như “xe ngựa” vẫn được giữ nguyên.
Các ký hiệu có màn hình đồ họa bắt đầu bằng mã 20 16. Đây là khoảng trắng - bỏ qua một vị trí khi xuất. Một thuộc tính quan trọng của bảng ASCII là nó duy trì trình tự bảng chữ cái của việc mã hóa chữ hoa và chữ thường cũng như các chữ số thập phân. Thuộc tính này cực kỳ quan trọng đối với chương trình xử lý thông tin ký hiệu, đặc biệt là đối với việc sắp xếp các từ theo thứ tự bảng chữ cái.
Phần mở rộng mã ASCII. Mã hóa nhị phân 8 bit cho phép bạn mã hóa bảng chữ cái gồm 2 8 = 256 ký tự. Nửa đầu của mã tám bit giống với ASCII. Nửa sau bao gồm các ký hiệu có mã từ 128 = 80 16 = 1000 0000 2 đến 255 = FF 16 = 1111 1111 2. Phần này của bảng mã hóa được gọi là mã trang(CP - mã trang). Trang mã chứa các bảng chữ cái không phải tiếng Latinh, ký tự giả và một số ký tự khác không có trong nửa đầu.
Trong bảng 2, 3, 4 hiển thị các trang mã có bảng chữ cái tiếng Nga. CP866 được sử dụng trong hệ điều hành MS DOS, CP1251 - trong hệ điều hành Windows. Mã hóa KOI8-R được sử dụng trong hệ điều hành Unix. Nửa đầu của nó giống với ASCII.
Xin lưu ý rằng không phải tất cả các bảng mã đều tuân theo quy tắc mã hóa tuần tự của bảng chữ cái tiếng Nga. Có các tiêu chuẩn mã hóa ký tự khác sử dụng bảng chữ cái tiếng Nga.
Chuẩn UNICODE 16-bit. Năm 1991, tiêu chuẩn mã hóa ký tự quốc tế 16-bit Unicode được phát triển, cho phép mã hóa 2 16 = 65.536 ký tự. Bảng mã này chứa bảng chữ cái tiếng Anh (Latin), tiếng Nga (Cyrillic), tiếng Hy Lạp, ký tự tiếng Trung, ký hiệu toán học và nhiều hơn nữa. Không cần các trang mã. Phạm vi mã ký tự ở dạng thập lục phân là từ 0000 đến FFFF.
Ở đầu bảng mã, trong vùng từ 0000 16 đến 007F 16 chứa các ký tự ASCII. Các vùng ký tự có mã từ 0400 16 đến 052F 16, từ 2DE0 16 đến 2DFF 16, từ A640 16 đến A69F 16 được phân bổ cho các ký tự Cyrillic.
Học lập trình
Hãy xem xét một chương trình Pascal sẽ hiển thị bảng mã hóa trong phạm vi mã từ 20 đến 255.
Chương trình Mã_bảng;
sử dụng CRT; (Kết nối thư viện điều khiển
đầu ra tượng trưng)
mã var: byte; (Số nguyên từ 0 đến 255)
clrscr; (Xóa màn hình xuất ký tự)
vì mã:= 20 ĐẾN 255 LÀM
(Lặp qua mã ký tự)
nếu như(mã mod 10 = 0) sau đó viết;
(Nạp dòng trong 10 bước)
viết(chr(kod):3,kod:4);
(Đầu ra của ký hiệu và mã của nó)
Nhà điều hành công dụng CRT kết nối với chương trình một thư viện các quy trình để kiểm soát đầu ra ký hiệu trên màn hình điều khiển. Tiếp theo, chương trình sử dụng quy trình từ thư viện này: clrscr - xóa màn hình.
Một biến byte chiếm 1 byte bộ nhớ và chấp nhận nhiều giá trị nguyên dương khác nhau trong phạm vi từ 0 đến 255.
Chương trình sử dụng hàm tiêu chuẩn chr(kod) , hàm này trả về kết quả là một ký tự có mã thập phân bằng giá trị của biến kod.
Các giá trị được hiển thị theo cặp: ký hiệu - mã. Có 10 cặp như vậy trong một dòng. Toàn bộ bảng sẽ có 24 hàng.
Câu hỏi và nhiệm vụ
1. Xác định các khái niệm: mã, mã hóa, giải mã.
2. Cho ví dụ về mã hóa và giải mã chưa được thảo luận trong đoạn văn.
3. Mã đồng nhất và mã không đồng nhất khác nhau thế nào?
4. Mã hóa từ COMPUTER bằng mã ITA2 và ASCII.
5. Cụm từ “SPARTAK - CHAMPION” sẽ được đọc, mã hóa bằng CP1251 như thế nào nếu việc giải mã xảy ra bằng mã KOI8-R?
6. Một bức thư được soạn bằng mã hóa KOI8-R, bắt đầu bằng cụm từ: “Xin chào, Sasha thân yêu!” Quá trình giải mã diễn ra bằng cách sử dụng mã ASCII bảy bit, do đó bit quan trọng nhất (thứ tám) trong tất cả các ký tự bị mất. Viết văn bản mà bạn đã kết thúc. Người nhận có hiểu được nội dung bức thư không?
7. Sử dụng bộ xử lý bảng tính, xác định trang mã nào được sử dụng trên máy tính của bạn. Ví dụ: Excel có hàm CHAR(code) trả về ký tự tương ứng với mã thập phân đã cho. Hàm nghịch đảo của nó là CODE(ký hiệu).
8. Triển khai chương trình Tabl_code trên máy tính của bạn. Làm đi.
9*. Soạn một chương trình tương tự để xuất mã nhị phân của các ký tự.
10*. Viết một chương trình tương tự để in mã thập lục phân của các ký tự.
§3. Mã hóa hình ảnh
Theo một số ước tính, một người tiếp nhận khoảng 90% thông tin từ thế giới bên ngoài một cách trực quan. Thị giác của con người là khả năng tự nhiên để nhận biết hình ảnh của các vật thể trong thế giới xung quanh. Hệ thống thị giác nhận biết ánh sáng phản xạ hoặc phát ra từ các vật thể quan sát. Hình ảnh phản chiếu là mọi thứ chúng ta nhìn thấy dưới ánh sáng ban ngày hoặc ánh sáng nhân tạo. Ví dụ, chúng ta đọc một cuốn sách và nhìn vào những hình ảnh minh họa trong đó. Ví dụ về hình ảnh phát ra là hình ảnh trên màn hình tivi hoặc máy tính.
Từ xa xưa, con người đã học cách lưu và truyền tải hình ảnh dưới dạng hình vẽ. Nhiếp ảnh xuất hiện vào thế kỷ 19. Việc phát minh ra điện ảnh của anh em nhà Lumière vào năm 1895 đã giúp truyền tải những hình ảnh chuyển động. Vào thế kỷ 20, máy ghi hình được phát minh - một phương tiện ghi và truyền hình ảnh trên băng từ.
Kỹ thuật mã hóa hình ảnhđang được phát triển với sự ra đời của các công nghệ kỹ thuật số để lưu trữ, truyền tải và xử lý hình ảnh: chụp ảnh kỹ thuật số, video kỹ thuật số, đồ họa máy tính.
Khi mã hóa một hình ảnh, nó được lấy mẫu theo không gian và ánh sáng phát ra từ từng phần tử riêng biệt của hình ảnh sẽ được mã hóa. Trong công nghệ máy tính, lưới không gian gồm các phần tử rời rạc mà từ đó hình ảnh trên màn hình điều khiển được tạo ra được gọi là raster. Bản thân các phần tử hình ảnh rời rạc trên màn hình được gọi là pixel (Hình 3). Lưới pixel càng dày đặc thì chất lượng hình ảnh càng cao, mắt chúng ta càng ít chú ý đến cấu trúc rời rạc của nó.
Thông tin video là mã hình ảnh nhị phân được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính. Toàn bộ mã video tổng hợp bao gồm các mã ánh sáng phát ra từ các pixel riêng lẻ.
Những hình ảnh thiên nhiên mà chúng ta nhìn thấy xung quanh mình đều có nhiều màu sắc. Công nghệ lưu trữ hình ảnh sử dụng các phương pháp để thu được đơn sắc, I E. một màu và màu sắc rực rỡ hình ảnh (nhiều màu). Như các bạn đã biết, nhiếp ảnh đen trắng và điện ảnh đen trắng xuất hiện đầu tiên, sau đó mới đến nhiếp ảnh màu và điện ảnh màu. Điều tương tự cũng áp dụng cho truyền hình. Màn hình máy tính đầu tiên có màn hình đen trắng; máy tính hiện đại sử dụng màn hình màu.
Màu sắc (đỏ, vàng, xanh lá cây, v.v.) là nhận thức chủ quan của một người về màu sắc của ánh sáng. Sự khác biệt khách quan giữa ánh sáng có màu sắc khác nhau nằm ở bước sóng ánh sáng khác nhau. Bản chất chủ quan của nhận thức màu sắc được khẳng định, chẳng hạn, bởi thực tế là những người mắc chứng mù màu không thể phân biệt được một số màu sắc.
Mã hóa ánh sáng đơn sắc
Từ “đơn sắc” có nghĩa là một màu. Chỉ có một màu nền. Toàn bộ hình ảnh thu được bằng cách sử dụng sắc thái màu nền này độ sáng khác nhau(họ cũng nói minh bạch). Ví dụ: nếu màu nền là đen, thì bằng cách làm sáng nó dần dần, bạn có thể chuyển từ các sắc thái từ xám sang trắng ( cơm. 4). Chúng tôi gọi một tập hợp các sắc thái liên tục như vậy - từ đen đến trắng - quang phổ đen trắng. Từ những sắc thái này, hình ảnh thu được trong ảnh đen trắng, trên màn hình phim và tivi. Tất cả các bản vẽ trong hướng dẫn này đều có màu đen và trắng.
Cơm. 4. Quang phổ đen trắng liên tục
Tuy nhiên, màu nền không nhất thiết phải là màu đen. Nó có thể có màu nâu, xanh dương, xanh lá cây, v.v. Điều này xảy ra trong các bức ảnh có tông màu. Có những màn hình đơn sắc với màu nền nâu hoặc xanh lục.
Mã ánh sáng đơn sắc cho biết mức độ sáng của màu nền. Máy tính sử dụng số nguyên nhị phân dương để mã hóa ánh sáng bằng kỹ thuật số. Kích thước của mã nhị phân tính bằng bit được gọi là độ sâu mã hóa nhẹ.
Với mã hóa kỹ thuật số rời rạc, phổ sắc thái liên tục của màu cơ bản được chia thành một số nguyên các phân đoạn, trong đó mỗi phân đoạn có độ sáng được coi là không đổi.
Đối với ánh sáng tự nhiên, số lượng sắc thái của màu nền là vô tận. Với mã hóa kỹ thuật số, số lượng sắc thái trở thành số lượng hữu hạn. Số sắc thái (K) và độ sâu bit mã hóa (b) có liên quan với nhau theo công thức:
Công thức chính của khoa học máy tính lại hoạt động!
Độ sáng thực tế của hình ảnh phụ thuộc vào các điều kiện vật lý của quá trình truyền hình ảnh: mức độ chiếu sáng từ nguồn sáng đối với hình ảnh phản chiếu hoặc cường độ quang thông từ màn hình đối với hình ảnh phát ra. Nếu lấy độ sáng tối đa bằng 1 thì độ sáng của ánh sáng trong khoảng từ đen sang trắng sẽ thay đổi từ 0 đến 1.
TRÊN cơm. Hình 5 thể hiện việc lấy mẫu phổ đen trắng ở b = 2. Điều này có nghĩa là kích thước mã là 2 bit và toàn bộ phổ được chia thành 4 mức - 4 sắc thái.
Cơm. 5. Mã hóa đơn sắc với độ sâu 2
Ánh sáng tự nhiên, có độ sáng từ 0 đến 1/4, sẽ được biểu thị bằng màu đen, có mã thập phân là 0 và mã nhị phân là 00. Tiếp theo là hai sắc thái xám. Ánh sáng trong phạm vi độ sáng từ 3/4 đến 1 được biểu thị bằng màu trắng và mã của nó là: 3 = 11 2. Nếu mức độ sáng được biểu thị bằng phần trăm thì quy tắc mã hóa đen trắng b = 2 có thể được phản ánh trong bảng:
TRÊN cơm. 6 cho thấy việc lấy mẫu phổ đen trắng tại b = 4. Vì 2 4 = 16 nên 16 màu đen và trắng khác nhau được mã hóa theo cách này. Mã thập phân và mã nhị phân được đưa ra.
Ví dụ. Hãy xem xét một ví dụ mẫu về mã hóa hình ảnh đen trắng. Kích thước raster màn hình là 8 x 8 pixel. Độ sâu mã hóa là hai:
b = 2 bit. Hình ảnh hiển thị tại cơm. 7. Các con số biểu thị cách đánh số hàng và cột của raster. Mỗi ô là một pixel hình ảnh.
Chữ “P” được vẽ trên màn hình. Ba phân đoạn của nó được sơn bằng các màu nền khác nhau: đen, xám đậm và xám nhạt. Mã nhị phân cho hình ảnh sẽ là:
Cơm. 7. Vẽ rời rạc
Để rõ ràng, mã nhị phân được trình bày dưới dạng ma trận, các hàng tương ứng với các hàng raster trên màn hình. Trên thực tế, bộ nhớ máy tính là một chiều và tất cả mã là một chuỗi các số 0 và số 1 nằm trong các byte bộ nhớ liên tiếp. Khối lượng thông tin video như vậy là 16 byte. Nếu chúng ta chuyển mã này sang dạng thập lục phân thì nó sẽ như sau:
FFFF D55F CFEF CFEF CFEF CFEF FFFF FFFF
Khi mã hóa một ảnh màu, nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng, được gọi là các mô hình màu sắc.Điều này sẽ được thảo luận chi tiết trong phần về công nghệ đồ họa máy tính.
Câu hỏi và nhiệm vụ
1. Xác định các khái niệm: ánh sáng, màu sắc, hình ảnh.
2. Cái gì không thể nhìn thấy và cái gì có thể nhìn thấy trong bóng tối tuyệt đối?
3. Raster hoặc pixel là gì?
4. Ảnh đơn sắc khác ảnh màu như thế nào?
5. Quang phổ đen trắng là gì?
6. Mã máy tính của một hình ảnh chứa thông tin gì?
7. Mã video của hình ảnh hiển thị trên màn hình sẽ có âm lượng bao nhiêu nếu kích thước raster là 640x480 và độ sâu mã hóa là 8 bit?
8. Độ sâu mã hóa hình ảnh là bao nhiêu nếu khối lượng mã video là 384 KB và kích thước raster là 1024x768?
9. Dung lượng mã video là 600 KB, độ sâu mã hóa là 16 bit. Kích thước raster nào được sử dụng để hiển thị hình ảnh: 640x480 hoặc 1024x768?
10. Trên màn hình “đồ chơi” đen trắng có độ phân giải 8 x 8 pixel (xem ví dụ trong đoạn văn), các chữ cái: N, A, Sh lần lượt được hiển thị và ghi lại hệ nhị phân và thập lục phân của nó mã cho mỗi hình ảnh được hiển thị. Độ sâu mã hóa là hai. Các phần tử chữ cái khác nhau có sắc thái màu khác nhau.
11. Khôi phục hình ảnh trên màn hình “đồ chơi” đen trắng bằng mã thập lục phân: F3F7 F3D7 F37F F1FF F3BF F3EF F3FB FFFF, - nếu độ sâu mã hóa là hai.
§4. Công nghệ mã hóa tín hiệu tương tự
Trong §1, định nghĩa về các khái niệm “tín hiệu tương tự” và “tín hiệu rời rạc” đã được giới thiệu. Tín hiệu ánh sáng là tín hiệu tương tự vì nó được truyền bởi một dòng bức xạ điện từ liên tục. Tín hiệu âm thanh được truyền bởi sóng âm, tạo ra quá trình thay đổi áp suất không khí liên tục theo tần số âm thanh.
Để lưu trữ hình ảnh và âm thanh ở định dạng kỹ thuật số, tín hiệu tương tự phải được mã hóa, tức là được trình bày dưới dạng một chuỗi rời rạc gồm các số 0 và số 1 - các chữ số nhị phân. Quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự sang dạng số rời rạc được gọi là chuyển đổi analog sang kỹ thuật số, hay viết tắt là ADC.
TRÊN cơm. Hình 8 cho thấy sơ đồ chuyển đổi bất kỳ tín hiệu tương tự nào có nguồn gốc tự nhiên thành mã số rời rạc.
Từ sơ đồ này, cả tín hiệu ánh sáng và âm thanh ban đầu được chuyển đổi thành tín hiệu điện liên tục, trải qua quá trình chuyển đổi tương tự sang số.
Quá trình số hóa hình ảnh xảy ra trong quá trình chụp trên máy ảnh kỹ thuật số và máy quay video, cũng như khi nhập hình ảnh vào máy tính bằng máy quét. Quá trình vật lý chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện dựa trên hiện tượng xuất hiện điện tích trong thiết bị bán dẫn - điốt quang dưới tác dụng của ánh sáng chiếu vào nó.
Độ lớn của điện thế phát sinh trên photodiode tỷ lệ thuận với độ sáng của quang thông. Giá trị này thay đổi liên tục khi độ sáng của đèn thay đổi.
Chuyển đổi tương tự sang số liên quan đến việc đo cường độ của tín hiệu điện.
Kết quả đo được lưu trữ ở dạng kỹ thuật số trong thiết bị nhớ. Lấy mẫu không gian xảy ra thông qua việc sử dụng mảng photodiode để chia hình ảnh thành một số phần tử hữu hạn.
Mã hóa âm thanh
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn quy trình ADC bằng ví dụ về mã hóa âm thanh khi nó được đưa vào máy tính. Khi ghi âm thanh vào máy tính, thiết bị chuyển đổi sóng âm thành tín hiệu điện là micro. Việc chuyển đổi tương tự sang số được thực hiện bởi một mạch điện tử đặt trên card âm thanh (card âm thanh) của máy tính mà micrô được kết nối.
Biên độ và tần số của tín hiệu điện phát ra từ micrô và đến card âm thanh tương ứng với đặc tính biên độ và tần số của tín hiệu âm thanh. Do đó, việc đo tín hiệu điện cho phép chúng ta xác định các đặc tính của sóng âm: tần số và biên độ của nó.
Tín hiệu tương tự là một quá trình thay đổi liên tục biên độ tín hiệu theo thời gian ( cơm. 9).
Cơm. 9. Lấy mẫu tín hiệu tương tự
Có hai tham số chính để mã hóa âm thanh: tốc độ lấy mẫu và độ sâu bit mã hóa. Biên độ tín hiệu được đo đều đặn. Kích thước của khoảng thời gian như vậy được gọi là bước lấy mẫu, được đo bằng giây. Hãy biểu thị bước lấy mẫu t (s). Khi đó tốc độ lấy mẫu sẽ được biểu thị bằng công thức:
H = 1/t(Hz)
Tần số được đo bằng hertz. Một hertz tương ứng với một phép đo mỗi giây: 1 Hz = 1 s –1.
Tốc độ lấy mẫu càng cao thì mã số càng chi tiết sẽ phản ánh sự thay đổi biên độ tín hiệu theo thời gian. Chất lượng ghi âm tốt đạt được ở tần số lấy mẫu từ 44,1 kHz trở lên (1 kHz = 1000 Hz).
Mã hóa độ sâu bit ( b) là kích thước của mã nhị phân sẽ biểu thị biên độ của tín hiệu trong bộ nhớ máy tính. Độ sâu bit liên quan đến số mức phân chia biên độ tín hiệu theo công thức:
Quá trình lấy mẫu biên độ của âm thanh được gọi là lượng tử hóa âm thanh. Khi đó giá trị của K có thể được gọi là số mức lượng tử hóa âm thanh ( cơm. 10).
Cơm. 10. Lượng tử hóa tín hiệu tương tự
Các giá trị của đại lượng đo được nhập vào đăng ký card âm thanh - một ô nhớ đặc biệt của thiết bị. Kích thước thanh ghi là b - độ sâu bit của mã hóa. Trong phần tiếp theo, chúng tôi cũng sẽ gọi đại lượng này là độ sâu bit lượng tử hóa. Kết quả đo được biểu diễn trong thanh ghi dưới dạng số nguyên nhị phân.
Đại lượng vật lý đo được được làm tròn đến giá trị nguyên gần nhất, giá trị này có thể được lưu trong thanh ghi card âm thanh.
TRÊN cơm. Hình 11 cho thấy điều này xảy ra như thế nào với lượng tử hóa ba bit của tín hiệu tương tự. Ở dạng đồ họa, lấy mẫu và lượng tử hóa âm thanh có thể được biểu diễn dưới dạng chuyển đổi từ đường cong trơn sang đường đứt nét, bao gồm các phân đoạn ngang và dọc. Giả sử rằng tại mỗi bước thời gian, giá trị của đại lượng đo được không đổi.
Cơm. 11. Đo một đại lượng vật lý thay đổi
sử dụng thanh ghi ba bit
Kết quả của phép đo như vậy sẽ được ghi vào bộ nhớ máy tính dưới dạng chuỗi số nhị phân ba bit.
Âm lượng của thông tin âm thanh được ghi bằng:
3 x 9 = 27 bit.
Trong thực tế, lấy mẫu ba bit không được sử dụng trong thực tế. Tùy chọn này chỉ được coi là một ví dụ giảng dạy ở đây. Kích thước thanh ghi nhỏ nhất cho thiết bị thực là 8 bit. Trong trường hợp này, một giá trị đo sẽ chiếm 1 byte bộ nhớ máy tính và số mức lượng tử hóa là 2 8 = 256. Các phép đo với thanh ghi như vậy sẽ chính xác hơn 32 lần so với thanh ghi ba bit. Với thanh ghi 16 bit, mỗi giá trị trong bộ nhớ sẽ chiếm 2 byte và số mức lượng tử hóa:
2 16 = 32 768. Độ sâu bit lượng tử hóa càng cao thì độ chính xác của phép đo đại lượng vật lý càng cao. Nhưng đồng thời, dung lượng bộ nhớ chiếm dụng cũng tăng lên.
Biểu diễn kỹ thuật số rời rạc của tín hiệu tương tự phản ánh nó chính xác hơn, tần số lấy mẫu và độ sâu bit lượng tử hóa càng cao.
Định lý Nyquist–Kotelnikov. Một người nghe thấy âm dao động trong khoảng tần số từ 20 Hz đến 20 kHz. Âm thanh có tần số trên khoảng này được gọi là siêu âm, âm thanh có tần số thấp hơn - sóng hồng ngoại. Trong lý thuyết truyền thông, người ta đã biết định lý Nyquist–Kotelnikov, theo đó tần số lấy mẫu của ADC phải cao hơn ít nhất 2 lần tần số của tín hiệu analog. Điều này có nghĩa là nếu chúng ta muốn lưu trữ thông tin âm thanh 20 kHz ở dạng mã nhị phân thì tần số lấy mẫu ít nhất phải là 40 kHz. Chuẩn ghi âm kỹ thuật số hiện tại sử dụng tần số lấy mẫu là 44,1 kHz.
Có thể đưa ra sự tương tự tượng trưng sau đây của định lý này. Kích thước mắt lưới của lưới đánh cá quyết định kích thước của cá sẽ được giữ trong đó. Lưới càng nhỏ thì cá bị lưới giữ càng nhỏ. Định lý Nyquist-Kotelnikov, được diễn giải theo cách câu cá, sẽ nghe như thế này: chiều dài cạnh của ô vuông của lưới phải bằng một nửa kích thước ngang của con cá nhỏ nhất cần câu vào lưới. Ví dụ: nếu kích thước ngang của cá tối thiểu là 10 cm thì cạnh của lưới vuông của lưới đánh cá không quá 5 cm, khi thực hiện ADC, sóng hài “bắt” tương tự như cá đánh bắt được. trong mạng; Bước lấy mẫu tương tự như kích thước của các ô mạng. Sóng hài sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong đoạn tiếp theo.
Nhiệm vụ 1. Âm thanh được ghi vào máy tính trong 10 giây. Xác định khối lượng thông tin được ghi nếu tần số lấy mẫu là 10 kHz và bit lượng tử hóa là 16 bit.
Số phép đo tín hiệu âm thanh (N) tại tần số lấy mẫu H (Hz) trong thời gian t(s) được tính theo công thức: N = H t. Thay số liệu bài toán vào, ta được: N = 10.000·10 = 100.000 phép đo. Độ rộng lượng tử hóa: 16 bit = 2 byte. Do đó khối lượng thông tin âm thanh:
Tôi = 100.000 2 = 200.000 b = 200.000/1024 KB = 195,3125 KB
Nhiệm vụ 2. Tệp lưu trữ âm thanh đã ghi. Dữ liệu không được nén. Kích thước tập tin là 1 MB. Được biết, bản ghi được thực hiện ở tần số 22 kHz với độ sâu lượng tử hóa âm thanh là 8 bit. Xác định thời gian phát khi phát âm thanh được lưu trong tệp.
Từ lời giải cho bài toán trước, khối lượng thông tin âm thanh (I), tần số lấy mẫu (H), độ sâu bit lượng tử hóa (b) và thời gian ghi âm (t) có liên quan theo công thức:
Nếu âm thanh đã ghi được phát lại mà không bị biến dạng thì thời gian phát lại bằng thời gian ghi. Từ đây, giá trị yêu cầu sẽ được tính bằng công thức:
t = I/(Hb)
Khi tính toán, chúng ta chuyển đổi giá trị của I và b thành byte và giá trị của H thành hertz:
t = 1 1024 1024/(22 000 1) 47,66 giây
Câu hỏi và nhiệm vụ
1. Kể tên các công đoạn chính của công nghệ mã hóa tín hiệu analog có nguồn gốc tự nhiên.
2. Mã hóa ánh sáng xảy ra ở những thiết bị nào?
3. Dùng những thiết bị kỹ thuật nào để mã hóa âm thanh?
4. Xác định các khái niệm: tần số lấy mẫu, độ sâu bit lượng tử hóa, mức độ lượng tử hóa.
5. Xác định âm lượng của mã số khi ghi âm trong 1 phút, nếu tần số lấy mẫu là 44,1 Hz và bit lượng tử hóa là 8 bit.
6. Xác định tần số lấy mẫu khi mã hóa âm thanh, nếu âm lượng của tệp âm thanh là 500 KB, thời gian ghi là 0,5 phút và bit lượng tử hóa là 16 bit. Tệp có được sau khi nén 50% mã nguồn.
§5. Thí nghiệm số về xử lý âm thanh
Đồ thị hàm Y(x) là sự hiển thị trực quan (đồ họa) về sự phụ thuộc của giá trị của hàm Y vào giá trị của đối số x. Đồ thị được xây dựng trong miền định nghĩa của hàm (miền thay đổi của đối số x) và phạm vi giá trị của Y. Nếu một hàm có miền định nghĩa vô hạn thì đoạn trong đó hành vi của hàm đặc trưng nhất được chọn để xây dựng đồ thị. Đồ thị của hàm tuần hoàn ít nhất phải phản ánh một khoảng thời gian thay đổi giá trị của hàm.
Thí nghiệm 1: Dao động điều hòa
Chúng ta hãy xem xét một phương pháp xây dựng đồ thị của hàm tuần hoàn mô tả các dao động điều hòa. Dao động điều hòa là những thay đổi định kỳ theo thời gian của một số đại lượng vật lý, được mô tả bằng hàm sin hoặc cos. Nói chung chúng trông như thế này:
Y = Một tội lỗi(2 vt+ j) hoặc Y = A cos(2vt+ j)
Ở đây A là biên độ dao động; t - thời gian (đối số hàm); v- tần số dao động, đo bằng hertz; j là pha dao động ban đầu.
Chu kỳ của hàm sin và cos bằng 2. Giá trị của hàm (Y) thay đổi trong khoảng từ –A đến +A. Đồ thị của hàm sin được gọi là sóng sin.
Các dao động âm thanh được mô tả bởi hàm điều hòa được gọi là dao động điều hòa. Các âm nhạc thuần khiết: do, re, mi, v.v. - thể hiện sự rung động âm thanh hài hòa ở các tần số khác nhau. Các rung động của âm thanh hài hòa được tạo ra bởi một âm thoa, nguồn tham chiếu của giai điệu âm nhạc. Dao động điều hòa được thực hiện bởi một con lắc toán học. Trong mạch dao động điện, cường độ dòng điện thay đổi tuần hoàn theo định luật điều hòa.
Chúng ta hãy xem cách vẽ đồ thị hàm điều hòa trong môi trường bảng tính. Hãy cho thấy cách thực hiện việc này bằng cách sử dụng bộ xử lý bảng tính MS Excel làm ví dụ.
Công việc diễn ra trong hai giai đoạn:
1 - lập bảng chức năng;
2 - vẽ đồ thị hàm số.
Bảng tính kết quả được hiển thị trong cơm. 12.
Cơm. 12. Bảng và đồ thị hàm số điều hòa.
Các tham số của hàm là tần số dao động n và biên độ A. Các tham số này được nhập tương ứng vào các ô C1 và C2. Giá trị của pha ban đầu j sẽ được lấy bằng 0.
Lập bảng là việc xây dựng một bảng các giá trị hàm trên một khoảng giá trị đối số nhất định với bước không đổi. Bước tab (t) được viết trong ô G1.
Bảng được đặt trong các ô A4:B25. Cột A chứa các giá trị của đối số – thời gian t, trong cột B - giá trị hàm Y=A sin(2 vt) . Sự thay đổi thời gian bắt đầu từ giá trị t= 0 (ô A5). Trong ô A6 công thức được viết: =A5+$G$1. Công thức này sau đó được sao chép sang các ô sau trong cột A. Điều này đảm bảo rằng thời gian thay đổi theo bước không đổi, được lưu trong ô G1.
Công thức được nhập vào ô B5:
=$C$2*SIN(2*PI()*$C$1*A5).
Công thức này tính toán giá trị của hàm từ đối số nằm trong ô A5. Hàm PI() tiêu chuẩn trả về giá trị của số Pythagore p. Công thức ở ô B5 được sao chép xuống cột tới ô B25.
TRÊN cơm. Hình 12 thể hiện kết quả lập bảng hàm cho các giá trị n = 10 Hz, A = 1. Bước lập bảng lấy bằng 0,005. Ở tần số 10 Hz thì chu kỳ dao động là 1/10 = 0,1 s. Với bước lập bảng là 0,005, 20 bước sẽ phù hợp với một khoảng thời gian. Đây là số lượng giá trị khá đủ để vẽ đồ thị hàm số.
Xây dựng đồ thị. Để xử lý đồ họa dữ liệu trong bộ xử lý bảng tính, có một trình hướng dẫn xây dựng biểu đồ và đồ thị. Nó được gọi thông qua menu bằng các lệnh: Chèn - Sơ đồ. Các bước tiếp theo của thuật toán như sau:
1 - chọn loại biểu đồ: tiêu chuẩn - tại chỗ, xem - làm mịn đường
2 - đặt phạm vi dữ liệu (giá trị hàm): trong các cột - B5:B25; tab HÀNG, giá trị X: A5:A25
3 - xác định tiêu đề: Y=Một tội lỗi(2vt) ; chú thích dưới các trục: t, Y;đường lưới; truyền thuyết (không); chữ ký dữ liệu (không).
4 - chỉ ra trang nào của cuốn sách để đánh dấu sơ đồ.
Bấm vào XONG. Lịch trình đã được tạo.
Độ dày của đường, màu nền và hình thức của lưới tọa độ có thể được cấu hình riêng bằng menu ngữ cảnh (nút chuột phải), thiết lập các định dạng đối tượng mong muốn.
Trung bình, một người nghe được những dao động âm thanh ở dải tần từ 20 Hz đến 20 kHz. Tần số 10 Hz là tần số của sóng hạ âm. Một số động vật nhận biết nó bằng tai. Nếu bạn tăng gấp đôi tần số thì sẽ đạt đến giới hạn tần số thấp hơn mà con người có thể nghe được. Nhưng khi đó hai chu kì dao động sẽ trùng nhau trong khoảng thời gian 0,1 giây. Thí nghiệm này có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng bảng tính tích hợp sẵn. Thay đổi giá trị tần số trong ô C1 thành 20, sau đó bảng sẽ được tính toán lại và biểu đồ sẽ có dạng như trong cơm. 13.
Cơm. 13. Đồ thị dao động âm với tần số n = 20 Hz
Trong khoảng thời gian 0,1 giây, hàm số đã thực hiện được 2 giai đoạn. Vậy chu kỳ dao động là 0,05 giây.
Nhiệm vụ. Thực hiện một số thí nghiệm trên bảng tính các giá trị tần số: 5, 15, 30, 40 Hz. Trong mỗi trường hợp, hãy xác định xem có bao nhiêu chu kỳ dao động trong khoảng thời gian 0,1 giây.
Thí nghiệm 2: dao động điều hòa
Trong ngành toán học được gọi là phân tích hài hòa, người ta đã chứng minh rằng bất kỳ hàm tuần hoàn Y(t) nào có tần số n đều có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của các hàm điều hòa (hình sin) có tần số n, 2n, 3n, 4n... Những thuật ngữ như vậy được gọi là sóng hài và việc biểu diễn một hàm dưới dạng tổng các hài được gọi là khai triển hài của nó:
Y(t) = A 1 sin(2 v t + j 1) + Một tội lỗi 2( 4v t + j 2) + 3 tội lỗi( 6v t + j 3) + …
Đây A 1, A 2, ... - biên độ hài, j 1 , j 2 , …. - giai đoạn đầu của sóng hài. Số lượng số hạng của một số hàm có thể hữu hạn nhưng cũng có thể là vô hạn.
Ví dụ. Hãy xây dựng đồ thị của hàm tuần hoàn không điều hòa, được biểu diễn dưới dạng tổng của hai sóng hài:
Y(t) = A 1 sin(2 v t ) + A 2 tội lỗi( 4v t )
Các pha ban đầu bằng không. Hãy để chúng tôi thực hiện tính toán cho các giá trị tham số sau: v= 20 Hz, A 1 = A 2 = 1. Như trên, chúng ta sẽ thực hiện các phép tính trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,1 giây, bước lập bảng là 0,005.
Để có được bảng giá trị, chỉ cần thay thế nội dung của ô B5 bằng công thức sau:
=$C$2*SIN(2*PI()*$C$1*A5)+$C$2*SIN(2*PI()*2*$C$1*A5)
Sau đó sao chép công thức này xuống cột B.
Cơm. 14. Đồ thị dao động không điều hòa
Đồ thị được xây dựng được trình bày trên cơm. 14. Từ đồ thị cho thấy chu kỳ dao động là 0,05 s, tức là. bằng chu kỳ của sóng hài thứ nhất. Biên độ dao động cực đại tăng dần và xấp xỉ 1,54.
1. Thu được đồ thị dao động khác với đồ thị đã xét trong ví dụ ở chỗ biên độ của sóng hài thứ hai bằng một nửa biên độ của sóng hài thứ nhất: A 2 = A 1/2.
2. Thu được đồ thị dao động gồm ba sóng hài có tham số sau: A 1 = 1,
v n1 = 20 Hz; A 2 = A 1/2,v 2
= 2v 1 Hz; A 3 = A 2/2,v 3
= 2v 2Hz. Các pha ban đầu bằng không.
3. Thu được đồ thị dao động gồm hai sóng hài có tham số: A 1 = 1,v 1 = 20 Hz, j 1 = 0; A 2 = A 1,v 2 = 2v 1 Hz, j 2 = p/2. So sánh đồ thị kết quả với đồ thị trên cơm. 14. Sự lệch pha giữa các sóng hài ảnh hưởng như thế nào đến biên độ dao động và chu kỳ dao động?
Thí nghiệm 3: Lấy mẫu và lượng tử hóa âm thanh
Thí nghiệm này mô phỏng quá trình chuyển đổi tương tự sang số. ADC bao gồm lấy mẫu tín hiệu theo thời gian và lượng tử hóa các giá trị biên độ tín hiệu. Thời gian lấy mẫu được xác định bằng giá trị tần số lấy mẫu H (Hz). Bước thời gian giữa hai lần đo là 1/N giây.
Quá trình lượng tử hóa biên độ được xác định bởi tham số độ sâu lượng tử hóa âm thanh: b. Số mức lượng tử hóa là 2 b . Các mã xác định biên độ của tín hiệu âm thanh là các số nguyên trong khoảng từ 0 đến 2 b – 1.
Một mô hình của quá trình lượng tử hóa tín hiệu âm thanh, được thực hiện trong bảng tính, được trình bày trong Hình 2. 15. Xét một tín hiệu hài có tần số n = 20 Hz. Giá trị tần số tín hiệu được lưu trữ trong ô C1. Tần số lấy mẫu ADC là H = 200 Hz (ô C2). Độ sâu lượng tử hóa b = 8 bit (ô G2).
Cột A chứa các điểm thời gian đo tín hiệu khi thực hiện ADC. Trong ô A5 - thời điểm đầu tiên của thời gian t = 0. Sau đó thời gian tăng dần theo từng bước 1/H s. Trong ô A6 công thức được viết: =A5+1/$C$2. Tiếp theo, công thức này được sao chép xuống cột A.
Giá trị biên độ của tín hiệu analog được tính theo công thức:
Y = 0,5(1+sin(2 v t ))
Sự biến đổi hình sin này sẽ di chuyển nó đến vùng có giá trị Y không âm trong phạm vi từ 0 đến 1. Điều này được thực hiện để đơn giản hóa việc mô tả quá trình lượng tử hóa tiếp theo. Công thức sau được nhập vào ô B5: =(1+SIN(2*PI()*$C$1*A5))/2. Công thức này sau đó được sao chép xuống cột B.
Cột C chứa các mã đo biên độ tín hiệu, được biểu diễn dưới dạng số thập phân nguyên. Khi được ghi vào bộ nhớ của máy tính, chúng được chuyển đổi sang hệ thống số nhị phân. Công thức được đặt trong ô C5: =INTEGER(B5*2^$G$2) . Ý nghĩa của nó như sau: vì Y nằm trong khoảng từ 0 đến 1 nên giá trị của biểu thức sẽ bằng các số nguyên trong khoảng từ 0 đến 2 b. Ở đây, dấu ngoặc vuông biểu thị việc lựa chọn phần nguyên của một số.
Khi xây dựng sơ đồ “Mã hóa tín hiệu”, bạn nên chọn loại “Biểu đồ”. Dạng rời rạc của biểu đồ phản ánh rõ ràng tính chất rời rạc của mã. Bảng được xây dựng dựa trên 21 phép đo tín hiệu. Đối với các giá trị n và H này, có thể đo được hai chu kỳ dao động của tín hiệu.
Khi thay đổi ba tham số mô hình: v, Н và b - bảng sẽ được tự động tính toán lại. Ví dụ: nếu bạn tăng tần số lấy mẫu lên 2 lần, tức là. đặt trong một tế bào C2 là số 400 thì ta được đồ thị ở cơm. 16.
Cơm. 15. Kết quả lượng tử hóa và tín hiệu tương tự hài.
Cơm. 16. ADC có tốc độ lấy mẫu 400 Hz
Các phép đo được thực hiện trong một chu kỳ dao động. Mã rời rạc bây giờ mô tả quá trình dao động chi tiết hơn.
Cơm. 17. ADC với độ sâu lượng tử hóa 16 bit
và tần số lấy mẫu 400 Hz
Biểu đồ lượng tử hóa bật cơm. 17 thu được với b = 16. Có thể thấy rằng phạm vi giá trị mã đã tăng lên. Do đó, mã hóa cung cấp thông tin chính xác hơn về cường độ tín hiệu so với b = 8.
1. Thực hiện tính toán với các giá trị tham số sau:
v= 20 Hz, H = 100 Hz, b = 8 bit. So sánh với kết quả trên cơm. 15. Rút ra kết luận.
2. Tiến hành thí nghiệm số về mã hóa dao động không điều hòa. Lấy các hàm mô tả dao động không điều hòa từ bài tập của thí nghiệm số 2.
3*. Từ định lý Nyquist-Kotelnikov, để tái tạo lại các dao động điều hòa có tần số n bằng mã rời rạc thì tần số lấy mẫu phải không nhỏ hơn 2 v, I E. điều kiện sau đây phải được đáp ứng: H 2v. Hãy thử kiểm tra định lý này trên mô hình của chúng tôi. Hãy cố gắng giải thích kết quả của bạn.
4. Viết chương trình Pascal mô phỏng quá trình mã hóa tín hiệu analog (không có đồ họa). Chương trình sẽ tái tạo các bảng thu được ở trên trong môi trường bộ xử lý bảng.
§6. nén mã nhị phân
Mọi thông tin trên máy tính đều được biểu diễn dưới dạng mã nhị phân. Khối lượng của mã này càng lớn thì càng chiếm nhiều dung lượng bộ nhớ và càng mất nhiều thời gian để truyền nó qua các kênh liên lạc. Tất cả điều này ảnh hưởng đến hiệu suất máy tính và hiệu quả sử dụng mạng máy tính.
Giảm khối lượng dữ liệu xảy ra bởi nén mã nhị phân. Có hai tình huống nén có thể xảy ra:
1) việc mất thông tin do nén là không thể chấp nhận được;
2) chấp nhận được việc mất một phần thông tin do nén.
Trong trường hợp đầu tiên nén, hoặc bưu kiện, dữ liệu chỉ được tạo ra để lưu trữ tạm thời trên phương tiện hoặc truyền qua các kênh liên lạc. Để làm việc với dữ liệu này, bạn cần có nó giải nén, I E. giảm về dạng ban đầu. Trong trường hợp này, không một bit nào bị mất. Ví dụ: nếu văn bản được nén, thì sau khi giải nén, không một ký tự nào trong đó sẽ bị biến dạng. Chương trình nén cũng phải được khôi phục hoàn toàn, vì một biến dạng nhỏ nhất sẽ khiến nó không thể hoạt động được. Nén không mất dữ liệu thường được sử dụng khi tạo và tập tin lưu trữ.
Việc đóng gói bị mất một phần thông tin được thực hiện bằng cách nén hình ảnh (đồ họa, video) và mã âm thanh. Khả năng này gắn liền với khả năng chủ quan về thị giác và thính giác của con người.
Nghiên cứu của các nhà khoa học đã chỉ ra rằng tầm nhìn của chúng ta bị ảnh hưởng đáng kể bởi độ sáng của một điểm ảnh (pixel) hơn là đặc tính màu sắc của nó. Do đó, âm lượng của mã video có thể được giảm bằng cách lưu trữ mã màu không phải cho từng pixel mà sau một, hai, v.v. pixel raster. Khoảng cách càng lớn thì dữ liệu video càng bị nén nhiều nhưng chất lượng hình ảnh lại giảm sút.
Khi mã hóa phim video - hình ảnh động, tính chất quán tính của thị giác sẽ được tính đến. Các phần chuyển động nhanh của phim có thể được mã hóa ít chi tiết hơn các khung hình tĩnh.
Mã khó nén nhất là mã âm thanh. Với chất lượng ghi tốt, âm lượng không nén của nó rất lớn và độ dư thừa tương đối nhỏ. Các đặc điểm tâm sinh lý của thính giác con người cũng được sử dụng ở đây. Nó tính đến những hài âm nào của âm thanh tự nhiên mà thính giác của chúng ta dễ tiếp nhận hơn và những hài nào ít nhạy cảm hơn. Các sóng hài cảm nhận yếu được lọc ra thông qua xử lý toán học. Việc nén cũng được tạo điều kiện thuận lợi bằng cách tính đến mối quan hệ phi tuyến tính giữa biên độ rung động của âm thanh và khả năng cảm nhận âm lượng của tai chúng ta.
Các thuật toán nén hình ảnh và âm thanh khác nhau được sử dụng để thực hiện các định dạng để trình bày đồ họa, video và âm thanh.Điều này sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong phần công nghệ thông tin.
Đóng gói mà không mất thông tin. Có hai cách tiếp cận để giải quyết vấn đề nén thông tin mà không làm mất nó. Cách tiếp cận đầu tiên dựa trên việc sử dụng mã ký hiệu không đồng đều. Cách tiếp cận thứ hai dựa trên ý tưởng xác định các đoạn mã trùng lặp.
Hãy xem xét cách thực hiện phương pháp đầu tiên. Trong bảng mã hóa ký tự 8 bit (chẳng hạn như KOI-8), mỗi ký tự được mã hóa thành 8 bit và do đó chiếm 1 byte trong bộ nhớ. Trong phần 1.2.3 của sách giáo khoa của chúng tôi đã nói rằng tần suất xuất hiện của các chữ cái (ký tự) khác nhau trong văn bản là khác nhau. Ở đó người ta cũng chỉ ra rằng trọng số thông tin của các ký hiệu càng lớn thì tần suất xuất hiện của nó càng thấp. Ý tưởng nén văn bản trong bộ nhớ máy tính có liên quan đến tình huống này: từ bỏ việc mã hóa tất cả các ký tự có mã có cùng độ dài. Các biểu tượng có trọng lượng thông tin ít hơn, tức là các ký tự xuất hiện thường xuyên phải được mã hóa bằng mã ngắn hơn so với các ký tự xuất hiện ít thường xuyên hơn. Với phương pháp này, bạn có thể giảm đáng kể tổng số lượng mã văn bản và theo đó, không gian mà nó chiếm trong bộ nhớ máy tính.
Chúng ta đã xem xét mã Morse, nó sử dụng nguyên tắc mã không đồng đều Nếu dấu chấm được mã hóa bằng số 0 và dấu gạch ngang bằng số 1 thì đó sẽ là mã nhị phân. Đúng là có vấn đề trong việc tách các chữ cái ra khỏi nhau. Trong tin nhắn điện báo, nó được giải quyết bằng cách sử dụng dấu tạm dừng - trên thực tế, đó là ký tự thứ ba trong mã Morse.
Một trong những cách đơn giản nhưng rất hiệu quả để xây dựng mã nhị phân không đồng nhất không yêu cầu dấu phân cách đặc biệt là thuật toán D. A. Huffman (D. A. Huffman, 1952). Một phiên bản của bảng mã Huffman áp dụng cho chữ in hoa của bảng chữ cái Latinh được đưa ra trong bảng. 5.
Trong bảng này, các chữ cái được sắp xếp theo thứ tự giảm dần về tần suất lặp lại trong văn bản. Các chữ cái E và T, được sử dụng thường xuyên nhất trong văn bản, có mã kích thước 3 bit. Và các chữ cái Q và Z hiếm nhất là 10 bit. Kích thước của văn bản được mã hóa bằng mã này càng lớn thì khối lượng thông tin của nó càng nhỏ so với khối lượng khi sử dụng mã hóa một byte.
Điểm đặc biệt của mã này là cái gọi là tiếp đầu ngữ kết cấu. Điều này có nghĩa là mã của bất kỳ ký tự nào không trùng với phần đầu mã của tất cả các ký tự khác. Ví dụ: mã cho chữ E là 100. Hãy nhìn vào bảng. 5. Không có mã nào khác bắt đầu bằng ba ký tự này. Dựa trên đặc điểm này, các ký tự được tách biệt với nhau theo thuật toán.
Ví dụ 1. Dùng mã Huffman mã hóa đoạn văn bản sau, gồm 29 ký tự:
WENEEDMORESNOWFORBETTERSKIING
Sử dụng bảng 5, mã hóa dòng:
011101 100 1100 100 100 11011 00011 1110 1011 100 0110 1100 1110 011101 01001 1110 1011 011100 100 001 001 100 1011 0110 110100011 1010 1010 1100 00001
Sau khi đặt mã này vào bộ nhớ, từng byte một, nó sẽ có dạng:
01110110 01100100 10011011 00011111 01011100 01101100 11100111 01010011 11010110 11100100 00100110 01011011 01101000 11101010 10110000 001
Ở dạng thập lục phân, nó sẽ được viết như thế này:
76 64 9B 1F 5C 6C E7 53 D6 E4 26 5B 68 EA B0 20.
Do đó, văn bản chiếm 29 byte trong mã hóa ASCII sẽ chiếm 16 byte trong mã hóa Huffman. Tỷ lệ nén là tỷ lệ giữa kích thước mã tính bằng byte sau khi nén và kích thước trước khi nén (tức là ở dạng mã hóa 8 bit). Trong ví dụ này, tỷ lệ nén hóa ra là 16/29 0,55.
Việc giải mã (giải nén) văn bản được thực hiện bằng cách sử dụng cây nhị phân mã hóa Huffman. Biểu diễn đồ họa của cây Huffman tương ứng với bảng. 5, thể hiện trong hình. 18. Một cây được gọi là cây nhị phân nếu mỗi đỉnh có không quá hai nhánh đi ra.
Lá của cây này nằm ở đầu cành, là biểu tượng của bảng chữ cái. Mã ký hiệu được hình thành từ một chuỗi các chữ số nhị phân nằm trên đường đi từ gốc cây đến ký hiệu lá.
Việc giải nén văn bản xảy ra bằng cách quét mã nhị phân từ trái sang phải, bắt đầu từ chữ số đầu tiên, di chuyển từ gốc dọc theo các nhánh tương ứng (có cùng mã nhị phân) của cây cho đến khi đạt được một chữ cái. Sau khi chọn một chữ cái trong mã, quá trình giải mã chữ cái tiếp theo lại bắt đầu từ gốc của cây nhị phân.
Ví dụ 2. Giải mã mã nhị phân sau thu được bằng thuật toán Huffman (mã được chia thành byte bằng dấu cách):
01010001 00100101 00100011 11111100
Di chuyển dọc theo cây Huffman, bắt đầu từ chữ số đầu tiên bên trái, chúng ta có được cách giải mã sau:
Kết quả là chữ HUFFMAN. Mã được đóng gói chiếm 4 byte, mã nguồn -
7 byte. Do đó, tỷ số nén là 4/7 0,57.
cây trên cơm. 18 là phiên bản rút gọn của mã Huffman. Nó phải tính đến đầy đủ tất cả các ký tự có thể có trong văn bản: dấu cách, dấu chấm câu, dấu ngoặc đơn, v.v.
Trong các chương trình nén văn bản, một bảng tần số ký hiệu được tạo cho mỗi văn bản được xử lý và sau đó các mã có độ dài khác nhau, chẳng hạn như mã Huffman, được tạo ra. Trong trường hợp này, việc nén văn bản thậm chí còn trở nên hiệu quả hơn vì mã hóa được điều chỉnh cụ thể cho văn bản nhất định. Trong lý thuyết lập trình, các thuật toán tìm ra lời giải tối ưu cho từng biến thể cụ thể của một bài toán được gọi là thuật toán tham lam.
Để phương pháp nén bằng cách tính đến số lần lặp lại các đoạn mã bao gồm thuật toán RLE và thuật toán Lempel-Ziv. Thuật toán RLE xác định các nhóm mã byte đơn giống hệt nhau liên tiếp. Mỗi nhóm như vậy được thay thế bằng hai byte: byte đầu tiên biểu thị số lần lặp lại (không quá 127), nhóm thứ hai biểu thị byte lặp lại. Do tính đơn giản nên thuật toán này hoạt động khá nhanh. Nó hiệu quả nhất khi nén thông tin đồ họa có chứa các vùng bóng lớn đồng đều.
Thuật toán Lempel-Ziv (LZ77, LZ78) phát hiện các chuỗi byte lặp lại. Chúng có thể được gọi là từ có điều kiện. Nếu trong quá trình xem dữ liệu tuần tự, một từ đã được gặp trước đó được phát hiện thì một tham chiếu được hình thành cho nó dưới dạng bù trừ so với vị trí hiện tại và độ dài của từ đó tính bằng byte. Việc triển khai phần mềm các thuật toán như vậy phức tạp hơn so với phương pháp RLE. Nhưng hiệu quả nén cao hơn nhiều.
Chúng ta sẽ quay lại các phương pháp mã hóa thông tin sau khi xem xét các kỹ thuật bảo vệ dữ liệu thông qua mã hóa.
Câu hỏi và nhiệm vụ
1. Trong trường hợp nào có thể cho phép mất một phần thông tin trong quá trình nén dữ liệu và trong trường hợp nào không được phép?
2. Làm thế nào để mã có độ dài thay đổi cho phép bạn “nén” văn bản?
3. Mã hóa văn bản sau bằng mã Huffman:
CHÚC MỪNG NĂM MỚI. Tính tỷ số nén.
4. Giải mã đoạn mã sau bằng cây nhị phân Huffman:
11110111 10111100 00011100 00101100 10010011
01110100 11001111 11101101 001100
5. Ý tưởng đằng sau thuật toán nén RLE là gì? Loại thông tin nào được nén tốt nhất bằng thuật toán này?
6. Ý tưởng của thuật toán nén Lempel-Ziv là gì?
7. Những đặc tính nào của thị giác và thính giác của con người được sử dụng để nén thông tin đồ họa và âm thanh?
Để biết thêm thông tin về thuật toán nén, xem: Andreeva E.V., Bosova L.L., Falina I.N. Cơ sở toán học của khoa học máy tính. M.: BINOM. Phòng thí nghiệm tri thức, 2007.
Các hệ thống hội nghị hiện đại, từ sự kết hợp đơn giản giữa bảng điều khiển trộn và micrô đến một trung tâm đa phương tiện hoàn chỉnh, có khả năng giải quyết nhiều vấn đề, đảm bảo sự thuận tiện cho các cuộc thảo luận cho cả đại biểu tham gia và người cài đặt chịu trách nhiệm. về phần kỹ thuật. Như mọi khi, công nghệ có những ưu và nhược điểm. Và mặc dù các hệ thống hội nghị đa phương tiện xuất hiện gần đây không có khả năng ngang bằng, nhưng những khả năng tương tự này trong hầu hết các tình huống có thể là dư thừa và do đó không được yêu cầu. Có đáng để theo đuổi những thành tựu mới nhất hay thiết bị cổ điển, đã được thử nghiệm theo thời gian có đủ để giải quyết các vấn đề hàng ngày không? Hãy hiểu vấn đề.
Lời nói
Bất kể loại hệ thống nào được sử dụng, khả năng hiểu lời nói là điều hết sức quan trọng trong tranh luận. Yếu tố quyết định ở đây chính là chất lượng của micro và hệ thống âm thanh hội trường cũng như vị trí đặt điều khiển từ xa phù hợp với đại biểu phát biểu. Với mục đích tương tự, bảng điều khiển được trang bị loa tích hợp hoạt động như một phần bổ sung cho hệ thống loa chính. Các hệ thống kỹ thuật số thường có bộ xử lý chịu trách nhiệm triệt tiêu phản hồi âm thanh, ngăn cản việc tự kích thích đường dẫn âm thanh và mang lại sự tự do hơn cho việc lắp đặt micrô. Việc truyền tín hiệu ở dạng analog bị giới hạn bởi độ dài cáp tối đa, điều này không cho phép các điều khiển từ xa được kết nối thành chuỗi được đặt xa nhau. Đó là lý do tại sao các hệ thống kỹ thuật số, không gặp phải vấn đề này, thường được sử dụng để lắp đặt quy mô lớn, chuyển các phòng có kích thước nhỏ sang các phòng tương tự. Các hệ thống đa phương tiện mặc dù sử dụng công nghệ POE để kết nối nhưng không mang lại lợi thế đáng kể khi làm việc với giọng nói.
Tính năng bổ sung
Các chức năng được sử dụng thường xuyên nhất trong hầu hết các hệ thống kỹ thuật số là: biểu quyết, dịch đồng thời, xác thực người dùng, liên lạc nội bộ, ghi âm hội nghị, tích hợp với hệ thống truyền hình công nghệ và tổ chức hội nghị từ xa. Rõ ràng là không thể thực hiện được những cơ hội như vậy nếu không có công nghệ kỹ thuật số. Đúng, một số trong số chúng cũng có thể được tìm thấy trong các hệ thống tương tự có điều khiển kỹ thuật số. Ví dụ như bỏ phiếu và ghi âm. Cũng sẽ dễ dàng ghi lại các cuộc tranh luận được tiến hành trên một hệ thống hoàn toàn tương tự.
Một giai đoạn hợp lý trong quá trình phát triển hệ thống kỹ thuật số là sự xuất hiện của điều khiển từ xa với màn hình cho phép hiển thị thông báo dịch vụ, câu hỏi/kết quả biểu quyết và các dữ liệu khác. Cuối cùng, chúng đã phát triển thành các hệ thống đa phương tiện chính thức, với sự trợ giúp của nó, bạn không chỉ có thể xem video phát sóng theo thời gian thực về bài phát biểu, tài liệu, bài thuyết trình và nội dung đồ họa và video khác của diễn giả mà còn có thể tải xuống các tệp phương tiện một cách độc lập từ nhiều nguồn khác nhau. , bao gồm Internet hoặc máy chủ cục bộ . Trên thực tế, một chiếc điều khiển từ xa được trang bị màn hình cảm ứng lớn như vậy là một chiếc máy tính bảng hoàn chỉnh với hệ điều hành riêng và một bộ ứng dụng, khả năng của chúng chỉ bị giới hạn bởi phần mềm đã cài đặt. Một số nhà sản xuất trang bị cho sản phẩm của họ camera tích hợp giúp đơn giản hóa việc tổ chức hội nghị truyền hình hoặc hội nghị từ xa. Và nếu một hệ thống kỹ thuật số yêu cầu tích hợp với truyền hình công nghệ, các camera sẽ hướng về phía loa, thì điều này không cần thiết ở những thiết bị như vậy. Tổng Giám đốc Bryullov Consulting, Vladimir Kolomensky, bình luận:
Bảng điều khiển đa phương tiện được lắp đặt ở hội trường có màn hình tương đối nhỏ. Điều này cho phép bạn sắp xếp không gian làm việc của mình một cách thuận tiện hơn, cung cấp cho người tham gia hội nghị những chức năng tối đa. Đối với các tác vụ yêu cầu làm việc với khối lượng lớn tài liệu, một số nhà sản xuất, chẳng hạn như Televic Conference, cung cấp khả năng tích hợp với màn hình cảm ứng, bao gồm cả màn hình có động cơ. Trong trường hợp này, tất cả chức năng của bảng điều khiển đa phương tiện sẽ khả dụng từ màn hình ở mọi kích thước - ít nhất là 15", ít nhất là 22" trở lên
Điều khiển
Bảng điều khiển dành cho đại biểu cổ điển được trang bị micrô và các nút yêu cầu phát biểu, cũng như bộ điều khiển âm lượng cho loa tích hợp và các chỉ báo trực quan để thông báo cho bạn biết rằng đã đến lượt phát biểu và đại biểu đang “lên sóng” . Bảng điều khiển của chủ tọa bao gồm một nút ưu tiên cho phép bạn tạm dừng cuộc thảo luận bất cứ lúc nào. Trong các hệ thống kỹ thuật số đa chức năng hơn, các phím biểu quyết, lựa chọn kênh để giải thích đồng thời và các mô-đun nhận dạng khác nhau (mã pin, thẻ hoặc dấu vân tay) có thể được thêm vào chúng. Thiết bị dành cho chủ tịch kỹ thuật số thường bao gồm các điều khiển để cài đặt số lượng micrô mở, độ dài của bài phát biểu hoặc chế độ vận hành.
Các thiết bị đa phương tiện, có giao diện đồ họa hiển thị trên màn hình, cho phép bạn tạo một bộ nút tùy ý và các chức năng tương ứng, đồng thời, nếu cần, có thể thay thế chúng bằng một nút mới. Vì lý do này, việc chia các ban thành ban đại biểu và chủ tọa là không phù hợp. Alexander Bakhmatov, giám đốc tiếp thị của RIWA, nhà phân phối hệ thống hội nghị Marconi, tin rằng:
Phần mềm hóa các nút là điều đã xảy ra với các giao diện trong 20 năm qua. Do đó, hệ thống hội nghị đa phương tiện cuối cùng sẽ thay thế các hệ thống thông thường, giống như điện thoại thông minh đã thay thế điện thoại di động nút bấm trên thị trường. Sẽ thoải mái hơn khi người tham gia cuộc họp biểu quyết và xem tài liệu, video và hình ảnh trên màn hình điều khiển từ xa so với trên màn hình chung.
Các nhà tích hợp sẽ dễ dàng điều chỉnh giao diện đồ họa theo yêu cầu của khách hàng hơn. Bất kỳ màu sắc, hình dạng và chức năng nào của các nút, bất kỳ ngôn ngữ nào - hạn chế duy nhất là kích thước và độ phân giải màn hình. Khả năng tích hợp rộng rãi vào các cấu trúc CNTT hiện có. Hệ thống hội nghị đa phương tiện thực sự trở thành nền tảng cho công việc của người lập trình và nhà thiết kế, những người tùy chỉnh giao diện theo các thông số kỹ thuật. Vì vậy chúng ta đang chờ đợi một sự tiến hóa có thể so sánh được với điện thoại
Thực thi và cài đặt
Tất cả các hệ thống trên thị trường có thể được chia thành hệ thống tích hợp và máy tính để bàn. Cái trước chiếm ít không gian hơn và trông thẩm mỹ hơn, cái sau không cần lắp vào để lắp đặt nên có thể lắp lại. Đối với các cuộc họp và hội nghị bên ngoài địa điểm, cũng như ở những nơi tổ chức các sự kiện khác ngoài hội nghị hoặc những nơi không thể đặt hệ thống có dây, việc sử dụng hệ thống không dây sẽ hợp lý hơn. Chúng không mất nhiều thời gian để cài đặt và thiết lập nhưng yêu cầu sạc pin thường xuyên và có thể dễ bị nhiễu. Hệ thống hội nghị đa phương tiện ngày nay chỉ được sản xuất ở phiên bản có dây và có thể được tích hợp sẵn hoặc để bàn, vì vậy chúng không có bất kỳ lợi thế nào về mặt này.
Việc kết nối điều khiển từ xa với thiết bị trung tâm trong hệ thống analog và kỹ thuật số thường được thực hiện bằng cáp độc quyền. Các thiết bị đa phương tiện hỗ trợ truyền dữ liệu qua cáp CAT-5 hoặc CAT-6, rẻ hơn đáng kể và cho phép mọi thiết bị có thể tháo rời khỏi nhau. Cả hệ thống kỹ thuật số và đa phương tiện, tùy thuộc vào nhà sản xuất và kiểu máy, đều tương thích với giao thức mạng CobraNet hoặc Dante, giúp dễ dàng tích hợp với hệ thống truyền hình công nghệ, dịch đồng thời, máy chiếu hoặc bảng chiếu và thiết bị âm thanh, cũng như tổ chức hội nghị từ xa với các nhóm thảo luận ở xa. Đương nhiên, sự tự do đó không có ở thiết bị analog. Các hệ thống hàng đầu từ các nhà sản xuất hàng đầu cho phép sử dụng nhiều loại khác nhau trong một lần cài đặt. Do đó, ở một phần của căn phòng, bạn có thể sử dụng điều khiển từ xa không dây, ở phần khác - điều khiển từ xa đa phương tiện, v.v. Trưởng phòng Đào tạo và Phát triển Truyền thông Công nghệ cao, Andrey Osipov, nói:
Bằng cách sử dụng các phát triển phần mềm từ HI-Tech Media, bạn có thể kết hợp trong một phòng tất cả các thiết bị từ các dòng hệ thống hội nghị của Bosch, cụ thể là: CCS 1000D, DCN NG và Dicentis, cả ở phiên bản có dây và không dây. Mô-đun phần mềm HTM-SP, kết hợp tất cả các hệ thống trên, cho phép bạn không chỉ quản lý chúng mà còn gửi siêu dữ liệu (tên cuộc họp, tên đầy đủ của người phát biểu, tên đầy đủ của đối thủ, v.v.) đến hệ thống ghi âm thanh/video đa kênh HTM-GAVR, cho phép quản lý hệ thống kết hợp từ các thiết bị thuộc dòng Crestron hoặc Extron. Việc sử dụng mô-đun HTM-SP không yêu cầu kỹ năng đặc biệt và bản thân mô-đun này có giao diện trực quan
Phần mềm ghi sự kiện HTM-GAVR dành cho hệ thống hội nghị của Bosch
Việc quản lý và cấu hình các hệ thống kỹ thuật số và đa phương tiện được thực hiện bằng giao diện web, cung cấp quyền truy cập thuận tiện và trực quan vào tất cả các thông tin cần thiết. Nhiều nhà sản xuất còn trang bị cho điều khiển từ xa của họ hệ thống tự xác định, nhờ đó chúng sẽ tự động tích hợp khi kết nối, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cài đặt.
Phần kết luận
Như bạn có thể thấy, hệ thống hội nghị đa phương tiện không chỉ cung cấp khả năng làm việc thuận tiện với nhiều nội dung đồ họa và video khác nhau mà còn cung cấp giao diện có thể được tùy chỉnh để phù hợp với nhiệm vụ cũng như triển vọng tích hợp và hiện đại hóa rộng rãi. Thiết bị như vậy khó có thể trở nên lỗi thời trong tương lai gần, nhưng giá thành của nó cao hơn đáng kể so với các thiết bị tương tự. Nếu nhiệm vụ sử dụng nội dung đa phương tiện trong một cuộc thảo luận không quá quan trọng hoặc các tài liệu được hiển thị có thể được phát từ một nguồn, thì hoàn toàn có thể thực hiện được bằng hệ thống kỹ thuật số - may mắn thay, chất lượng và khả năng của chúng ngày nay về nhiều mặt là không thể. kém hơn. Trong trường hợp ngân sách hạn chế và không cần xây dựng hệ thống lắp đặt phức tạp, sử dụng hệ thống analog với điều khiển kỹ thuật số có thể là lựa chọn hợp lý.
08.11.2016
Công nghệ kỹ thuật số đang thay đổi thói quen của chúng ta, nội thất căn hộ, lối sống và ngôn ngữ giao tiếp của chúng ta. Họ sẽ chuyển đổi hoạt động kinh doanh và chính phủ, giải trí và giáo dục, khoa học và y học. Chúng đã làm thay đổi bản thân con người một cách đáng kể, đặc biệt là về mặt kinh tế - xã hội và văn hóa. Mỗi cư dân thứ ba trên hành tinh của chúng ta đều mang theo một chiếc điện thoại di động và ở những nơi mà khả năng liên lạc “không tốt lắm”, chúng ta cần khuếch đại thông tin liên lạc di động và ăng-ten định hướng. Chúng ta dành ngày càng nhiều thời gian “trong không gian kỹ thuật số” của Internet và ngày càng dành ít thời gian hơn cho các phương tiện truyền thông như truyền hình và đài phát thanh. Phương tiện truyền thông giấy đang được thay thế bởi phương tiện điện tử. Ngày càng nhiều hành khách đi tàu điện ngầm không đọc sách truyền thống mà đọc sách điện tử được tải xuống từ Internet.
Công nghệ kỹ thuật số như chúng ta biết ngày nay đã thay đổi hoàn toàn cả hoạt động kinh doanh lẫn cuộc sống cá nhân của chúng ta. Việc lưu trữ và truyền dữ liệu đã trở nên hiệu quả hơn. Internet, đặc biệt kể từ khi WWW ra đời, cho phép nhân loại tạo ra và chia sẻ thông tin cũng như kiến thức trên quy mô toàn cầu.
Kỹ thuật số, vô hình và có mặt khắp nơi
Bước tiếp theo của cuộc cách mạng kỹ thuật số sẽ là sự phổ biến của công nghệ kỹ thuật số. Máy ảnh và máy nghe nhạc MP3, máy tính xách tay điện tử và điện thoại di động của chúng ta ngày càng gợi nhớ đến máy tính bỏ túi, có khả năng quay video, ghi âm và truyền dữ liệu tốc độ cao.
Những đổi mới công nghệ dựa trên nhiều công nghệ khác nhau, bao gồm nhận dạng vô tuyến và cảm biến vô tuyến, đang thay đổi mô hình tồn tại của con người trong thời đại kỹ thuật số của chúng ta. Khả năng thông tin và truyền thông đang trở nên vô hình và có mặt khắp nơi.
Lý thuyết về tương lai “máy tính có mặt khắp nơi” của Mark Weiser – cựu nhà khoa học trưởng của Trung tâm nghiên cứu Xerox Palo Alto – cho rằng những công nghệ mạnh mẽ, tiên tiến và sâu sắc nhất là “những thứ biến mất, đan xen vào cơ cấu của cuộc sống hàng ngày cho đến khi chúng tan biến trong cô ấy." Theo quan điểm này, tất cả những thứ quen thuộc của chúng ta sẽ sớm biến thành những chiếc máy tính thu nhỏ. Và đây không phải là hư cấu. Người ta chỉ cần chú ý đến xu hướng thay đổi các thế hệ máy tính. Chúng không chỉ nhỏ đi. Họ ngày càng trở nên đông đảo và ngày càng không thể thay thế được. Việc giải quyết nhiều vấn đề sẽ không còn cần đến sự can thiệp của con người nữa và những công nghệ rất đáng chú ý ngày hôm qua sẽ biến mất khỏi tầm mắt của chúng ta vào ngày mai. Đồng thời, ở mọi nơi trong môi trường của chúng ta, những vật dụng hàng ngày nhất sẽ có khả năng xử lý thông tin.
Hai thập kỷ rưỡi trước, máy tính phục vụ hàng chục người là điều phổ biến. Sau đó là máy tính cá nhân, mỗi người một máy, và giờ đây xã hội chúng ta đang trong giai đoạn chuyển tiếp sang điện toán phổ biến, với nhiều thiết bị kỹ thuật số phục vụ một người. Hình 2, lấy từ bài viết “Máy tính thế kỷ 21” của Mark Weiser, minh họa sự ra đời của kỷ nguyên tin học hóa rộng rãi. Nó thể hiện các giai đoạn tăng trưởng, bão hòa và suy tàn của ba thế hệ máy tính.
Các hướng phát triển mạng mới
Sự hội tụ kỹ thuật số được dự đoán từ lâu đang trở thành hiện thực trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Trong hai thập kỷ qua, thông tin liên lạc qua điện thoại đã thay đổi đến mức không thể nhận ra. Điện thoại không dây đã trở nên phổ biến. Đồng thời, điện thoại không còn là phương tiện liên lạc bằng lời nói nữa. Lưu lượng dữ liệu trong mạng truyền thông đang tăng nhanh hơn nhiều so với lưu lượng thoại. Và trong khi các nhà khai thác di động cố gắng tận dụng tối đa lợi ích từ liên lạc thoại thì các nhà khai thác các dịch vụ khác - giao thức thoại qua Internet (VoIP) - lại cố gắng giảm thiểu lợi ích này.
Công nghệ VoIP ngày càng phổ biến nhờ nhiều ưu điểm, kết hợp lại sẽ tạo thành một phương thức liên lạc cực kỳ hấp dẫn đối với nhiều loại người dùng - từ các bà nội trợ đến các tập đoàn xuyên lục địa. Cuộc gọi VoIP thường miễn phí hoặc ít nhất là rẻ hơn điện thoại thông thường. Người dùng có thể gọi cho người nhận từ bất cứ nơi nào có truy cập Internet và sử dụng nhiều dịch vụ bổ sung, chẳng hạn như chuyển tiếp cuộc gọi, gọi video, gọi hội nghị, chia sẻ tệp, v.v.
Dịch vụ VoIP đã có từ những năm 90. Tuy nhiên, sự phân bố rộng rãi của chúng đã trở nên đáng chú ý gần đây. Trong số các dịch vụ nổi tiếng nhất nhắm đến người tiêu dùng cụ thể là Skype.
Skype là một dịch vụ mà qua đó bạn có thể sử dụng một chương trình máy tính đặc biệt để thực hiện cuộc gọi miễn phí tới những người đăng ký Skype khác trên toàn thế giới. Nếu người đăng ký có camera web, Skype cho phép bạn tổ chức hội nghị video. Bạn cũng có thể gọi điện thoại cố định và điện thoại di động thông thường với mức giá rất thấp. Skype bao gồm các chức năng của hệ thống nhắn tin tức thời, đồng thời cho phép bạn tổ chức các cuộc trò chuyện với tối đa 100 người cùng lúc và lưu thông tin nhận được.
Skype ra mắt vào năm 2003 và vài năm sau đó được eBay, trang đấu giá trực tuyến lớn nhất thế giới, mua lại. Việc bổ sung Skype vào eBay đã thúc đẩy một số công ty lớn khác bắt đầu thử nghiệm điện thoại Internet. Do đó, Microsoft gần đây đã mua lại công ty VoIP Teleo, Yahoo! đã mua lại công ty DialPad và Google bắt đầu cung cấp dịch vụ Talk. Các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại cũng đang thể hiện sự quan tâm đến VoIP. British Telecom và Nokia đang thử nghiệm các thiết bị đầu cuối thuê bao thông minh có khả năng chuyển đổi liền mạch giữa mạng di động và VoIP, cho phép các thuê bao tránh phải mua hai thiết bị đầu cuối khác nhau và thanh toán hóa đơn từ hai nhà khai thác.
Một loại cơ sở hạ tầng mới
Các thiết bị trao đổi dữ liệu qua sóng vô tuyến có thể dễ dàng kết nối vào mạng: không cần đào hào, xây ống dẫn cáp, không cần rải cáp. Tuy nhiên, thế giới hiện đại với các luồng nhiều gigabyte không thể hoạt động nếu không có cơ sở hạ tầng cố định, vì vậy các mạng cố định cũng không đứng yên. Hướng phát triển chính ở đây là tạo ra các mạng quang quy mô đầy đủ được đặc trưng bởi thông lượng khổng lồ. Ở các nước phát triển, mạng đường trục cung cấp thông tin liên lạc đường dài và quốc tế hoàn toàn là quang học. Mạng kết nối các hộ gia đình và tòa nhà công nghiệp với mạng đường trục - còn gọi là mạng truy cập - ngày nay vẫn sử dụng cáp đồng và công nghệ DSL. Nhưng chắc chắn chúng sẽ được thay thế bằng đường quang, thực hiện khái niệm FTTH (cáp quang đến nhà). Chà, bước cuối cùng - đường dây liên lạc quang học bên trong các tòa nhà - cũng sẽ không mất nhiều thời gian để đến nơi.
Sự đồng thuận chung giữa các chuyên gia là ở các nước phát triển, mạng quang sẽ hình thành cơ sở hạ tầng cố định khắp nơi. Các mạng này sẽ được bổ sung bởi các mạng vô tuyến, ba vai trò của chúng sẽ thống nhất.
Thứ nhất: đảm bảo kết nối thuận tiện của thiết bị đầu cuối với cơ sở hạ tầng. Tương tự như thuật ngữ “dặm cuối” được sử dụng rộng rãi trong tài liệu viễn thông ngày nay, các mạng truy cập vô tuyến của ngày mai sẽ là mạng “đồng hồ cuối cùng” - khoảng cách từ các máy thu phát cục bộ đến mạng quang.
Thứ hai: giao tiếp cho các đối tượng chuyển động. Vai trò này, giống như vai trò đầu tiên, là một vai trò di động cổ điển.
Vai trò thứ ba là tương đối mới. Nó bao gồm việc kết nối các thiết bị mà không cần sử dụng cơ sở hạ tầng. Điều này có nghĩa không? Vâng, nó có. Ví dụ: đối với tất cả các địa điểm và tình huống mà cơ sở hạ tầng không tồn tại (ví dụ ở các nước đang phát triển) hoặc không thể tiếp cận hoặc bị hư hỏng (ví dụ do tai nạn). Ngoài ra, nếu chúng ta tin vào lý thuyết về sự phổ biến của máy tính, thì một ngày nào đó chúng ta sẽ cần kết nối nhiều thiết bị giá rẻ vào một mạng, điều này có thể sẽ giải quyết được một số vấn đề cục bộ trong văn phòng hoặc ở nhà. Có khả năng sẽ quá tốn kém nếu trang bị giao diện UMTS hoặc WLAN cho những thiết bị như vậy. Đây là lúc chúng ta cần khả năng kết nối các thiết bị mà không cần kết nối chúng với cơ sở hạ tầng mạng. Chính vì những mục đích như vậy mà công nghệ Bluetooth đã được phát minh một thời, trở thành bước đầu tiên theo hướng này.
Phong cách sống mới
Khó có ai có thể tính toán được World Wide Web ngày nay lớn đến mức nào. Yahoo! ước tính kích thước của nó là 40 tỷ trang. Gấp hàng trăm lần - khối lượng dữ liệu đóng được lưu trữ bởi các tổ chức khác nhau.
Chúng ta thường sử dụng Internet mà không hề biết. Khi quay số điện thoại, chúng tôi không nghĩ rằng một phần cuộc gọi của chúng tôi sẽ đi qua phần VoIP qua Internet. Khi chúng tôi gửi email cho đồng nghiệp ở văn phòng bên cạnh, chúng tôi không quan tâm nó đi qua máy chủ nào. Khi chúng ta nhấp vào nút Tìm kiếm trên Google hoặc Yahoo!, chúng ta chỉ muốn lấy thông tin. Internet, cùng với ảo tưởng về “tính phổ quát” của kiến thức, đã mang đến cho chúng ta một lối sống mới. Và cùng với phong cách sống mới - thị trường mới cho dịch vụ.
Thị trường lối sống kỹ thuật số lớn đến mức nào?
Ở một cấp độ nào đó, đây là một phân khúc khổng lồ kết hợp các ngành công nghiệp kỹ thuật số như truyền thông, truyền hình và phát thanh và ngành công nghiệp máy tính. Nhưng mặt khác, đây là thị trường dành cho một người coi trọng cả dịch vụ trả phí và miễn phí. Ở đây cần nhớ rằng động lực xã hội chủ yếu của thị trường dịch vụ truyền thông mới là xu hướng xã hội hướng tới cá nhân hóa, mong muốn của khách hàng là lựa chọn sản phẩm và dịch vụ chỉ dựa trên nhu cầu của họ. Do đó, các nhà cung cấp và nhà điều hành sẽ phải mang đến cho người tiêu dùng cơ hội được trực tiếp và cá nhân lựa chọn và tùy chỉnh các dịch vụ mà họ nhận được. Truyền thông đa phương tiện, thương mại điện tử, y học từ xa, đào tạo từ xa, sự phổ biến của máy tính - trong gia đình, văn phòng, ô tô; mạng vô tuyến trong các quán cà phê và câu lạc bộ thể dục, cửa hàng và khách sạn, sân bay và trường đại học - tất cả những điều này cùng nhau sẽ dẫn đến sự gia tăng đáng kể lưu lượng truy cập toàn cầu được truyền qua Internet.
Như vậy, khá rõ ràng rằng trước mắt chúng ta, ba thành phần của dịch vụ mới - truyền thông, phát thanh truyền hình và công nghiệp máy tính - phải đoàn kết và tạo ra một thị trường mới chưa có tên riêng nhưng sẽ xuất hiện, và có thể rất sớm. .
Những mặt đối lập mới
Dịch vụ Kinh doanh Toàn cầu của IBM đã xuất bản một báo cáo mới, Điều hướng sự gián đoạn truyền thông: Đổi mới và cung cấp các mô hình kinh doanh mới, trong đó mô tả xung đột mà các chủ sở hữu và nhà phân phối nội dung truyền thống phải đối mặt. Đây là điều mà Báo cáo gọi là “khoảng cách truyền thông”, được đặc trưng bởi sự căng thẳng trong mối quan hệ giữa những người tham gia truyền thống trên thị trường truyền thông và những “người mới” đến từ lĩnh vực công nghệ kỹ thuật số. Các chuyên gia của IBM dự đoán rằng trong 4 năm tới, tổng doanh thu từ các loại hình phân phối nội dung truyền thông mới sẽ tăng 23% mỗi năm - cao hơn khoảng 5 lần so với tốc độ tăng trưởng của thị trường truyền thông và giải trí truyền thống. Ngoài ra, theo ước tính của các chuyên gia, với việc chuyển đổi sang công nghệ kỹ thuật số để hình thành, lưu trữ và phân phối nội dung, ngành công nghiệp âm nhạc sẽ thiệt hại khoảng 90–160 tỷ đô la, ngành truyền hình và điện ảnh sẽ còn chịu tổn thất lớn hơn nếu một mức chấp nhận được. không tìm được giải pháp cho tình hình xung đột hiện nay.
Nếu quan sát kỹ, bạn có thể dễ dàng nhận thấy sự phân chia rõ ràng giữa môi trường phân phối nội dung cũ và mới. Môi trường truyền thống tiếp tục bị chi phối bởi nội dung do các chuyên gia tạo ra và phân phối thông qua các nền tảng độc quyền. Nó được bảo vệ bằng hình ảnh ba chiều, được đóng dấu “Mọi quyền được bảo lưu”, tiến trình phân phối của nó được giám sát bởi các luật sư được trả lương cao, các trường hợp sử dụng bất hợp pháp (đọc - không trả phí) nội dung đó sẽ được xem xét tại tòa án trong nhiều trường hợp khác nhau. Trong môi trường mới, nội dung thường được người dùng tạo ra và truy cập thông qua các tài nguyên mở. Những xu hướng cực này xác định rõ ràng sự xung đột giữa những người tham gia thị trường hiện tại và mới.
Một xung đột khác nảy sinh giữa những người tham gia thị trường hiện tại - chủ sở hữu tài nguyên truyền thống (công ty điện ảnh, nhà phát triển trò chơi và phòng thu âm) và nhà phân phối của họ (công ty truyền hình, nhà bán lẻ, nhà phân phối phim, nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp và vệ tinh). Sự phân chia hiện tại của môi trường truyền thông khiến các đối tác chống lại nhau trong cuộc đấu tranh tăng trưởng thu nhập.
Sự đối đầu ngày nay giữa các nhà cung cấp tài nguyên đa phương tiện truyền thống và mới đã đạt đến đỉnh điểm. Vấn đề, ban đầu thuần túy là kỹ thuật và chỉ bao gồm việc thay thế truyền thông tương tự bằng truyền thông kỹ thuật số, đã phát triển thành vấn đề kinh tế, pháp lý và thậm chí cả chính trị. Vì vậy, đã đến lúc thay đổi mô hình kinh doanh, đổi mới và suy nghĩ lại về quan hệ đối tác.
Công ty mới và mối quan hệ mới
Theo truyền thống, thị trường được đo lường theo cung và cầu, trên cơ sở đó các nhà sản xuất và cung cấp dịch vụ quyết định “giá trị” mà người tiêu dùng sẽ trả và cố gắng tạo ra những giá trị đó. Nhưng trong thế giới kỹ thuật số mới nổi, người tiêu dùng dường như đang tự mình tạo ra những giá trị đó. Ví dụ điển hình về “tự phục vụ” như vậy là các trò chơi trực tuyến lớn và các trang web công cộng.
Ngay cả các công ty truyền thống như nhà khai thác viễn thông cũng đang bắt đầu đi theo hướng “cá nhân hóa”. Vào thế kỷ 19, tin nhắn điện báo được in và giải mã bởi nhân viên của các công ty điện báo; đến thế kỷ 20, người dùng có thể tự gửi và nhận tin nhắn, nhưng thiết bị mạng thuộc về công ty điện thoại. Vào thế kỷ 19, thiết bị thuộc sở hữu của người dùng ngày càng được sử dụng nhiều hơn để truyền tải thông điệp.
Xu hướng tương tự có thể được nhìn thấy trong điện toán (ví dụ: việc sử dụng phần mềm nguồn mở và miễn phí) và trong phát thanh truyền hình (nơi người dân bình thường ngày càng tham gia nhiều hơn vào việc sáng tạo nội dung bằng cách xuất hiện trên truyền hình thực tế hoặc gọi vào các chương trình phát thanh hoặc truyền hình trực tiếp). ).
Xu hướng cá nhân hóa và gia tăng giá trị do chính người dùng tạo ra đang làm thay đổi bộ mặt của thị trường. Các chỉ số chính của điều này là như sau.
Dịch vụ là gì và ai là người tiêu dùng của nó?
Những gì có thể được coi là một dịch vụ công nghệ thông tin và truyền thông cơ bản ngày nay? Hai mươi năm trước nó được định nghĩa là “điện thoại trong mọi nhà”. Ngày nay, dịch vụ cơ bản không chỉ là sự sẵn có của các dịch vụ hoặc thiết bị cần thiết mà còn là chất lượng mà chúng cung cấp. Trong cuộc đấu tranh về chất lượng và sản lượng, và cuối cùng là vì khách hàng, những ngọn giáo đã gãy, các công ty hợp nhất và phá sản, nền tảng pháp lý sụp đổ, các khái niệm được viết ra và các dự báo không thành hiện thực.
Vào cuối năm 2006, Liên minh Viễn thông Quốc tế đã công bố báo cáo thường niên lần thứ bảy của một nhóm các nhà phân tích về xu hướng phát triển của Internet. Nó có tên là "Digital.life" và nói rằng trong những thập kỷ tới, chúng ta có thể mong đợi bình minh của một kỷ nguyên số hóa mới, trong đó "Internet dữ liệu và con người" ngày nay sẽ nhường chỗ cho "Internet vạn vật" của ngày mai.
Trong báo cáo của mình, các nhà phân tích của ITU nhắc nhở người đọc rằng, ngay từ đầu kỷ nguyên Internet, chúng ta đã rất ngạc nhiên về khả năng liên lạc - không cần đến tổng đài điện thoại và các cuộc gọi đường dài - với những người ở nước ngoài, ở các múi giờ khác, và thậm chí cả ở các bán cầu khác. Thật bất thường biết bao khi truy cập thông tin khi ngồi trước màn hình máy tính ở nhà chứ không phải trong Thư viện Lênin!
Theo các chuyên gia, bước hợp lý tiếp theo trong cuộc cách mạng công nghệ này sẽ là kết nối các vật thể vô tri. Họ sẽ giao tiếp trong thời gian thực và từ đó biến đổi hoàn toàn Internet. Theo báo cáo, hiện trên thế giới có khoảng 875 triệu người dùng mạng toàn cầu. Và con số này có thể tăng gấp đôi nếu mọi người vẫn là người dùng chính trong tương lai. Nhưng các chuyên gia kỳ vọng rằng trong những thập kỷ tới, số lượng thiết bị đầu cuối được kết nối vào mạng sẽ lên tới hàng chục tỷ. Đây là nền tảng của Internet of Things. Các tác giả của báo cáo dự đoán: “Internet of Things sẽ cho phép sử dụng những thứ mới mà chúng ta chưa từng tưởng tượng trước đây”.
Nhưng trong khi có nhiều lý do để lo ngại, có một điều rõ ràng: khoa học và công nghệ tiếp tục phát triển. Internet không còn là một thứ gì đó độc lập nữa; nó bao trùm toàn bộ cuộc sống của chúng ta. Đầu tư hàng tỷ đô la vào công nghệ xử lý và truyền dữ liệu dẫn đến sự xuất hiện ngày càng nhiều dịch vụ và cơ hội mới cho người tiêu dùng, đồng nghĩa với việc ngày càng có nhiều thị trường mới và thu nhập mới. Quá trình này không thể đoán trước được, cũng như dòng suy nghĩ của nhà phát minh không thể đoán trước được.
Hầu như không đáng để cố gắng hiểu những con đường tiến bộ trước khi tiếp tục tiến về phía trước. Với tốc độ chóng mặt mà các công nghệ xuất hiện và thay đổi, một điểm dừng nhân tạo “để hiện thực hóa” có thể khá tốn kém. Và về vấn đề này, tôi sẵn sàng tranh luận với các tác giả của báo cáo ITU mà tôi đã đề cập, những người kêu gọi thu được lợi ích từ Internet vạn vật toàn cầu “chỉ sau khi hiểu đầy đủ về tiến trình này, những lợi ích và khó khăn liên quan đến nó”.
Thế giới của chúng ta đang dần trở thành kỹ thuật số. Chúng ta hiện đang ở tâm điểm của cuộc cách mạng kỹ thuật số, bắt nguồn từ đầu những năm 1980 và đang dần thay thế các dịch vụ và thiết bị tương tự khỏi cuộc sống và doanh nghiệp của chúng ta, thay thế chúng bằng các dịch vụ và thiết bị kỹ thuật số.
Điện tử kỹ thuật số hiện đang ngày càng thay thế các thiết bị điện tử analog truyền thống. Các công ty hàng đầu sản xuất nhiều loại thiết bị điện tử đang ngày càng tuyên bố chuyển đổi hoàn toàn sang công nghệ kỹ thuật số.
Những tiến bộ trong công nghệ sản xuất chip điện tử đã đảm bảo cho sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và thiết bị số. Việc sử dụng các phương pháp xử lý và truyền tín hiệu kỹ thuật số có thể cải thiện đáng kể chất lượng của đường truyền thông. Các phương pháp kỹ thuật số xử lý tín hiệu và chuyển mạch trong điện thoại giúp giảm nhiều lần các đặc tính trọng lượng và kích thước của thiết bị chuyển mạch, tăng độ tin cậy liên lạc và giới thiệu các chức năng bổ sung.
Sự ra đời của bộ vi xử lý tốc độ cao, chip bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên dung lượng lớn và thiết bị lưu trữ thông tin cỡ nhỏ trên phương tiện cứng dung lượng lớn đã giúp tạo ra các máy tính điện tử cá nhân phổ thông khá rẻ tiền và có ứng dụng rất rộng rãi. trong đời sống và sản xuất hàng ngày.
Công nghệ kỹ thuật số là không thể thiếu trong các hệ thống truyền tín hiệu và điều khiển từ xa được sử dụng trong sản xuất tự động, điều khiển các vật thể ở xa, ví dụ như tàu vũ trụ, trạm bơm khí, v.v. Công nghệ kỹ thuật số cũng đã chiếm một vị trí mạnh mẽ trong các hệ thống đo điện và vô tuyến. Các thiết bị hiện đại để ghi và tái tạo tín hiệu cũng không thể tưởng tượng được nếu không sử dụng các thiết bị kỹ thuật số. Các thiết bị kỹ thuật số được sử dụng rộng rãi để điều khiển các thiết bị gia dụng.
Rất có khả năng các thiết bị số sẽ thống trị thị trường điện tử trong tương lai.
Đầu tiên, hãy đưa ra một số định nghĩa cơ bản.
Tín hiệu là bất kỳ đại lượng vật lý nào (ví dụ: nhiệt độ, áp suất không khí, cường độ ánh sáng, cường độ dòng điện, v.v.) thay đổi theo thời gian. Chính nhờ sự thay đổi về thời gian này mà tín hiệu có thể mang một số thông tin.
Tín hiệu điện là một đại lượng điện (ví dụ: điện áp, dòng điện, công suất) thay đổi theo thời gian. Tất cả các thiết bị điện tử chủ yếu hoạt động dựa trên tín hiệu điện, mặc dù gần đây tín hiệu ánh sáng, đại diện cho cường độ ánh sáng thay đổi theo thời gian, ngày càng được sử dụng nhiều hơn.
Tín hiệu tương tự là tín hiệu có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong giới hạn nhất định (ví dụ: điện áp có thể thay đổi trơn tru từ 0 đến 10 volt). Các thiết bị chỉ hoạt động với tín hiệu analog được gọi là thiết bị analog.
Tín hiệu kĩ thuật số là tín hiệu chỉ có thể nhận hai giá trị (đôi khi là ba giá trị). Hơn nữa, cho phép một số sai lệch so với các giá trị này (Hình 1.1). Ví dụ: điện áp có thể nhận hai giá trị: từ 0 đến 0,5 V (mức 0) hoặc từ 2,5 đến 5 V (mức đơn vị). Các thiết bị chỉ hoạt động với tín hiệu số được gọi là thiết bị số.
Về bản chất, hầu hết tất cả các tín hiệu đều là tín hiệu tương tự, nghĩa là chúng thay đổi liên tục trong những giới hạn nhất định. Đây là lý do tại sao các thiết bị điện tử đầu tiên đều có dạng analog. Họ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ với chúng, thực hiện một số thao tác trên chúng và sau đó thực hiện các phép biến đổi nghịch đảo thành đại lượng vật lý. Ví dụ: giọng nói của một người (rung động không khí) được chuyển thành rung động điện bằng micrô, sau đó các tín hiệu điện này được khuếch đại bằng bộ khuếch đại điện tử và sử dụng hệ thống âm thanh, một lần nữa được chuyển thành rung động không khí, thành âm thanh to hơn.
Cơm. 1.1. Tín hiệu điện: analog (trái) và kỹ thuật số (phải).
Tất cả các hoạt động được thực hiện bởi các thiết bị điện tử trên tín hiệu có thể được chia thành ba nhóm lớn:
Xử lý (hoặc chuyển đổi);
Phát tin;
Kho.
Trong tất cả các trường hợp này, các tín hiệu hữu ích bị bóp méo bởi các tín hiệu ký sinh - nhiễu, nhiễu, nhiễu. Ngoài ra, khi xử lý tín hiệu (ví dụ trong quá trình khuếch đại, lọc), hình dạng của chúng cũng bị biến dạng do sự không hoàn hảo và không hoàn hảo của các thiết bị điện tử. Và khi truyền qua khoảng cách xa và trong quá trình lưu trữ, tín hiệu cũng yếu đi.
Cơm. 1.2. Biến dạng do nhiễu và nhiễu của tín hiệu analog (trái) và tín hiệu số (phải).
Trong trường hợp tín hiệu tương tự, tất cả điều này làm giảm đáng kể tín hiệu hữu ích, vì tất cả các giá trị của nó đều được cho phép (Hình 1.2). Do đó, mọi chuyển đổi, mọi bộ lưu trữ trung gian, mọi đường truyền qua cáp hoặc không khí đều làm suy giảm tín hiệu analog, thậm chí đôi khi đến mức phá hủy hoàn toàn. Chúng ta cũng phải lưu ý rằng về cơ bản, tất cả tiếng ồn, nhiễu và nhiễu đều không thể tính toán chính xác, do đó hoàn toàn không thể mô tả chính xác hoạt động của bất kỳ thiết bị analog nào. Ngoài ra, theo thời gian, các thông số của tất cả các thiết bị analog thay đổi do các phần tử bị lão hóa, do đó đặc tính của các thiết bị này không giữ nguyên.
Không giống như tín hiệu analog, tín hiệu số chỉ có hai giá trị cho phép được bảo vệ khỏi nhiễu, nhiễu và nhiễu tốt hơn nhiều. Những sai lệch nhỏ so với các giá trị cho phép không làm biến dạng tín hiệu số theo bất kỳ cách nào, vì luôn có các vùng có độ lệch cho phép (Hình 1.2). Đó là lý do tại sao tín hiệu số cho phép xử lý phức tạp và nhiều giai đoạn hơn, lưu trữ không mất dữ liệu lâu hơn và truyền chất lượng cao hơn nhiều so với tín hiệu analog. Ngoài ra, hành vi của các thiết bị kỹ thuật số luôn có thể được tính toán và dự đoán chính xác tuyệt đối. Các thiết bị kỹ thuật số ít bị lão hóa hơn nhiều vì những thay đổi nhỏ trong thông số của chúng không ảnh hưởng đến chức năng của chúng. Ngoài ra, các thiết bị kỹ thuật số dễ thiết kế và gỡ lỗi hơn. Rõ ràng là tất cả những lợi thế này đảm bảo cho sự phát triển nhanh chóng của điện tử số.
Tuy nhiên, tín hiệu số cũng có một nhược điểm lớn. Thực tế là tín hiệu số phải duy trì ở mỗi mức cho phép trong ít nhất một khoảng thời gian tối thiểu nào đó, nếu không sẽ không thể nhận ra nó. Và tín hiệu tương tự có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong thời gian vô cùng nhỏ. Chúng ta có thể nói theo cách khác: tín hiệu tương tự được xác định theo thời gian liên tục (nghĩa là tại bất kỳ thời điểm nào) và tín hiệu số được xác định theo thời gian rời rạc (nghĩa là chỉ tại các điểm đã chọn trong thời gian). Do đó, hiệu suất tối đa có thể đạt được của các thiết bị analog về cơ bản luôn lớn hơn hiệu suất của các thiết bị kỹ thuật số. Các thiết bị analog có thể xử lý các tín hiệu thay đổi nhanh hơn các thiết bị kỹ thuật số. Tốc độ xử lý và truyền thông tin của thiết bị analog luôn có thể cao hơn tốc độ xử lý và truyền thông tin của thiết bị kỹ thuật số.
Ngoài ra, tín hiệu số chỉ truyền thông tin ở hai cấp độ và bằng cách thay đổi một trong các cấp độ của nó sang cấp độ khác, trong khi tín hiệu analog cũng truyền thông tin với từng giá trị hiện tại ở cấp độ của nó, nghĩa là nó có khả năng truyền thông tin cao hơn. Do đó, để truyền lượng thông tin hữu ích chứa trong một tín hiệu tương tự, thường phải sử dụng nhiều tín hiệu số (thường từ 4 đến 16).
Ngoài ra, như đã lưu ý, về bản chất, tất cả các tín hiệu đều là tín hiệu tương tự, nghĩa là để chuyển đổi chúng thành tín hiệu số và để chuyển đổi ngược lại, cần phải sử dụng các thiết bị đặc biệt (bộ chuyển đổi tương tự sang số và kỹ thuật số sang tương tự). . Vì vậy, không có gì là miễn phí và cái giá phải trả cho những lợi ích của thiết bị kỹ thuật số đôi khi có thể cao đến mức không thể chấp nhận được.
Tín hiệu analog và kỹ thuật số
Nguyên lý cơ bản của điện tử số.
Giới thiệu.
THIẾT BỊ KỸ THUẬT SỐ
Ghi chú bài giảng
Điện tử kỹ thuật số hiện đang ngày càng thay thế các thiết bị điện tử analog truyền thống. Các công ty hàng đầu sản xuất nhiều loại thiết bị điện tử đang ngày càng tuyên bố chuyển đổi hoàn toàn sang công nghệ kỹ thuật số.
Những tiến bộ trong công nghệ sản xuất chip điện tử đã đảm bảo cho sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và thiết bị số. Việc sử dụng các phương pháp xử lý và truyền tín hiệu kỹ thuật số có thể cải thiện đáng kể chất lượng của đường truyền thông. Các phương pháp kỹ thuật số xử lý và chuyển mạch tín hiệu trong điện thoại giúp giảm nhiều lần đặc tính trọng lượng và kích thước của thiết bị chuyển mạch, tăng độ tin cậy liên lạc và giới thiệu các chức năng bổ sung. Sự ra đời của bộ vi xử lý tốc độ cao, chip bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên dung lượng lớn và các thiết bị lưu trữ thông tin cỡ nhỏ trên phương tiện truyền thông cứng dung lượng lớn đã giúp tạo ra các máy tính điện tử cá nhân phổ thông khá rẻ tiền và có ứng dụng rất rộng rãi. trong đời sống và sản xuất hàng ngày. Công nghệ kỹ thuật số là không thể thiếu trong các hệ thống truyền tín hiệu và điều khiển từ xa được sử dụng trong sản xuất tự động, điều khiển các vật thể ở xa, ví dụ như tàu vũ trụ, trạm bơm khí, v.v. Công nghệ kỹ thuật số cũng đã chiếm một vị trí mạnh mẽ trong các hệ thống đo điện và vô tuyến. Các thiết bị hiện đại để ghi và tái tạo tín hiệu cũng không thể tưởng tượng được nếu không sử dụng các thiết bị kỹ thuật số. Các thiết bị kỹ thuật số được sử dụng rộng rãi để điều khiển các thiết bị gia dụng.
Rất có khả năng các thiết bị số sẽ thống trị thị trường điện tử trong tương lai.
Điều đáng nói là trước tiên chúng tôi sẽ đưa ra một số định nghĩa cơ bản.
Tín hiệu là bất kỳ đại lượng vật lý nào (ví dụ: nhiệt độ, áp suất không khí, cường độ ánh sáng, dòng điện, v.v.) thay đổi theo thời gian. Chính nhờ sự thay đổi về thời gian này mà tín hiệu có thể mang một số thông tin.
Tín hiệu điện là một đại lượng điện (ví dụ: điện áp, dòng điện, công suất) thay đổi theo thời gian. Về cơ bản, tất cả các thiết bị điện tử đều hoạt động với tín hiệu điện, mặc dù gần đây tín hiệu ánh sáng, đại diện cho cường độ ánh sáng thay đổi theo thời gian, đang ngày càng được sử dụng nhiều hơn.
Tín hiệu tương tự là tín hiệu có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong giới hạn nhất định (ví dụ: điện áp có thể thay đổi trơn tru từ 0 đến 10 volt). Các thiết bị chỉ hoạt động với tín hiệu analog được gọi là thiết bị analog.
Tín hiệu kĩ thuật số là tín hiệu chỉ có thể nhận hai giá trị (đôi khi là ba giá trị). Hơn nữa, cho phép một số sai lệch so với các giá trị này (Hình 1.1). Ví dụ: điện áp có thể nhận hai giá trị: từ 0 đến 0,5 V (mức 0) hoặc từ 2,5 đến 5 V (mức đơn vị). Các thiết bị hoạt động độc quyền với tín hiệu số được gọi là thiết bị số.
Về bản chất, hầu hết tất cả các tín hiệu đều là tín hiệu tương tự, nghĩa là chúng thay đổi liên tục trong những giới hạn nhất định. Đây là lý do tại sao các thiết bị điện tử đầu tiên đều có dạng analog. Họ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ với chúng, thực hiện một số thao tác trên chúng và sau đó thực hiện các phép biến đổi nghịch đảo thành các đại lượng vật lý. Ví dụ: giọng nói của một người (rung động không khí) được chuyển thành rung động điện bằng micrô, sau đó các tín hiệu điện này được khuếch đại bằng bộ khuếch đại điện tử và sử dụng hệ thống âm thanh, một lần nữa được chuyển thành rung động không khí, thành âm thanh to hơn.
Cơm. 1.1. Tín hiệu điện: analog (trái) và kỹ thuật số (phải).
Tất cả các hoạt động được thực hiện bởi các thiết bị điện tử trên tín hiệu có thể được chia thành ba nhóm lớn:
‣‣‣ xử lý (hoặc chuyển đổi);
‣‣‣ quá trình lây truyền;
‣‣‣ kho.
Trong tất cả các trường hợp này, các tín hiệu hữu ích bị bóp méo bởi các tín hiệu ký sinh - nhiễu, nhiễu, nhiễu. Đồng thời, khi xử lý tín hiệu (ví dụ trong quá trình khuếch đại, lọc), hình dạng của chúng cũng bị biến dạng do sự không hoàn hảo và không hoàn hảo của các thiết bị điện tử. Và khi truyền qua khoảng cách xa và trong quá trình lưu trữ, tín hiệu cũng bị suy yếu.
Cơm. 1.2. Biến dạng do nhiễu và nhiễu của tín hiệu analog (trái) và tín hiệu số (phải).
Trong trường hợp tín hiệu tương tự, tất cả điều này làm giảm đáng kể tín hiệu hữu ích, vì tất cả các giá trị của nó đều được cho phép (Hình 1.2). Vì lý do này, mọi chuyển đổi, mọi bộ lưu trữ trung gian, mọi truyền qua cáp hoặc qua mạng đều làm suy giảm tín hiệu analog, thậm chí đôi khi đến mức phá hủy hoàn toàn. Chúng ta cũng phải tính đến rằng về cơ bản, tất cả tiếng ồn, nhiễu và nhiễu đều không thể tính toán chính xác và do đó hoàn toàn không thể mô tả chính xác hoạt động của bất kỳ thiết bị analog nào. Ngoài ra, theo thời gian, các thông số của tất cả các thiết bị analog thay đổi do các phần tử bị lão hóa và do đó đặc tính của các thiết bị này không giữ nguyên.
Không giống như tín hiệu tương tự, tín hiệu số, chỉ có hai giá trị cho phép, được bảo vệ khỏi nhiễu, nhiễu và nhiễu tốt hơn nhiều. Những sai lệch nhỏ so với các giá trị cho phép không làm biến dạng tín hiệu số theo bất kỳ cách nào, vì luôn có các vùng có độ lệch cho phép (Hình 1.2). Về vấn đề này, tín hiệu số cho phép xử lý phức tạp và nhiều giai đoạn hơn, lưu trữ không mất dữ liệu lâu hơn và truyền chất lượng cao hơn nhiều so với tín hiệu tương tự. Ngoài ra, hành vi của các thiết bị kỹ thuật số luôn có thể được tính toán và dự đoán chính xác tuyệt đối. Các thiết bị kỹ thuật số ít bị lão hóa hơn nhiều vì những thay đổi nhỏ trong thông số của chúng không ảnh hưởng đến chức năng của chúng. Đồng thời, các thiết bị kỹ thuật số dễ thiết kế và gỡ lỗi hơn. Rõ ràng là tất cả những lợi thế này đảm bảo cho sự phát triển nhanh chóng của điện tử số.
Tuy nhiên, tín hiệu số cũng có một nhược điểm lớn. Thực tế là tín hiệu số phải duy trì ở mỗi mức cho phép trong ít nhất một khoảng thời gian tối thiểu nào đó, nếu không sẽ không thể nhận ra nó. Và tín hiệu tương tự có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong thời gian vô cùng nhỏ. Chúng ta có thể nói theo cách khác: tín hiệu tương tự được xác định theo thời gian liên tục (nghĩa là tại bất kỳ thời điểm nào) và tín hiệu số được xác định theo thời gian rời rạc (nghĩa là chỉ tại các điểm đã chọn trong thời gian). Vì lý do này, tốc độ tối đa có thể đạt được của các thiết bị analog về cơ bản luôn lớn hơn tốc độ của các thiết bị kỹ thuật số. Thiết bị analog có thể xử lý tín hiệu thay đổi nhanh hơn thiết bị kỹ thuật số. Tốc độ xử lý và truyền tải thông tin của thiết bị analog phải luôn cao hơn tốc độ xử lý và truyền tải của thiết bị kỹ thuật số.
Đồng thời, tín hiệu số chỉ truyền thông tin ở hai cấp độ và thay đổi một trong các cấp độ của nó sang cấp độ khác, trong khi tín hiệu analog cũng truyền thông tin với từng giá trị hiện tại ở cấp độ của nó, nghĩa là nó có khả năng truyền thông tin cao hơn . Vì lý do này, để truyền lượng thông tin hữu ích chứa trong một tín hiệu tương tự, thường cần phải sử dụng nhiều tín hiệu số.
(thường từ 4 đến 16).
Ngoài ra, như đã lưu ý, về bản chất, tất cả các tín hiệu đều là tín hiệu tương tự, nghĩa là chuyển đổi chúng thành tín hiệu số và để chuyển đổi ngược lại, sử dụng các thiết bị đặc biệt (tương tự sang số và
bộ chuyển đổi số sang tương tự). Vì vậy, không có gì là miễn phí và cái giá phải trả cho những lợi ích của thiết bị kỹ thuật số đôi khi có thể rất cao.
Tín hiệu tương tự và kỹ thuật số - khái niệm và các loại. Phân loại và đặc điểm của danh mục "Tín hiệu tương tự và số" 2017, 2018.
