shirin71
07-23-2011, 11:03 AM
در سلسله مقالات روش‌هاي کدگذاري، تا به امروز در مورد کد کردن داده‌هاي ديجيتال به سيگنال ديجيتال صحبت کرديم. همان طور که گفتيم، داده‌ها لزوما ديجيتال نيستند و مي‌توانند آنالوگ باشند. پس بايد روش‌هايي نيز براي کدکردن داده‌هاي آنالوگ به سيگنال ديجيتال وجود داشته باشد.
ساده ترين مثال براي شروع کدگذاري داده هاي آنالوگ به سيگنال ديجيتال، صوت است. چطور صداي خود راروي کامپيوتر ذخيره مي‌کنيد و در اينترنت به اشتراک مي‌گذاريد؟
خروجي ميکروفن، داده آنالوگ است که در کامپيوتر به صفر و يک تغيير مي‌کند. کامپيوتر با روش‌هايي داده هاي انالوگ را طوري به صفر و يک تبديل مي‌کند که بتواند از روي آن دوباره صدا را بازسازي کند.
انواع روش‌هاي کدگذاري (3)
ابزاري که داده هاي انالوگ را به ديجيتال تبديل مي‌کند کُدِک نام دارد. اين وسيله با نام هاي ديگري چون رقمي ساز، مبدل انالوگ به ديجيتال که به ترتيب ترجمه عبارت هاي Digitizer و Analog to Digital Convertor هستند، نيز شناخته مي‌شود.
هدف اصلي اين ابزار تبديل کردن داده انالوگ به دنباله اي از بيت هاي صفر و يک است به گونه اي که اطلاعات اوليه را بتوان از روي آن بازسازي کرد و انها را به صورت کد هاي NRZ يا هر کد ديگري نمايش و انتقال داد.
مدولاسيون دامنه (Pulse Amplitude Modulation)
اولين مرحله از مدولاسيون داده هاي آنالوگ به ديجيتال PAM نام دارد. در اين تکنيک ياد مي‌گيريم چطور از داده هاي آنالوگ نمونه برداري کنيم. نمونه برداري در اينجا بدين معناست که که دامنه سيگنال را در فواصل زماني مشخص اندازه مي‌گيريم. هر چه اندازه اين فاصله زماني کمتر باشد، نمونه بر داري دقيق تر است.
روش PAM به تنهايي روشي براي انتقال و کد گذاري داده هاي آنالوگ نيست. زيرا در اين روش سيگنال آنالوگ به سيگنال نمونه برداري تبديل مي‌شود و همچنان اين سيگنال را نيز نمي توانيم در رسانه ي انتقال ديجيتال عبور دهيم. زيرا داده ها هنوز آنالوگ هستند.
تکنيک PAM در واقع مقدمه اي براي روش مدولاسيون کد پالس (Pulse Code Modulation) يا به اختصار PCM است که در ادامه به توضيح ان مي پردازيم.
مدولاسيون کد پالس (Pulse Code Modulation)
سيگنال خروجي که از روش PAM به دست آورديم را به عنوان سيگنال ورودي براي اين روش به کار مي‌بريم. اولين قدم کوانتيزه کردن پالس هاي PAM است.
انواع روش‌هاي کدگذاري (3)
گفتيم در PAM در فاصله هاي زماني مشخص از سيگنال آنالوگ نمونه بر داري مي‌کنيم. نمونه هاي گرفته شده ممکن است داراي مقادير غير صحيح باشند. براي انتقال داده ها ابتدا مجبوريم داده هايي که مقدار آنها ناصحيح است را کوانتيزه کرده و به مقادير صحيح تبديل کنيم.
پس از کوانتيزه کردن نمونه ها، کار ساده مي‌شود. مي توانيد حدس بزنيد؟
تنها کافيست اندازه هاي کوانتيزه شده را به مبناي دو تبديل کنيم. با اين کار رشته اي از صفر و يک ها توليد خواهد شد و اين صفر و يک به راحتي در رسانه ي انتقال ديجيتال منتشر مي شوند. در اين تکنيک گيرنده نيز از روش کار مطلع است و از روي مقادير خوانده شده بر اساس فاصله زماني نمونه برداري شده، سيگنال مورد نظر را بازسازي مي کند.
انواع روش‌هاي کدگذاري (3)
با توجه به مطالب گفته شده، واضح است که هر چه ميزان نرخ نمونه برداري بيشتر باشد (البته بستگي به نوع سيگنال دارد) و بازه هاي لازم براي کوانتيزه کردن اعداد PAM کوچک تر باشد، سيگنال بازسازي شده در سمت گيرنده دقيق تر خواهد بود و به اين ترتيب کيفيت صداي انتقال يافته از فرستنده به گيرنده افت کمتري خواهد داشت.
نرخ نمونه برداري
ميزان نرخ نمونه برداري در اين روش حرف اساسي را مي‌زند. اگر بازه نمونه برداري درست انتخاب نشود، سيگنال آنالوگ شکل خود را از دست مي دهد و در سمت گيرنده نمي تواند بازسازي شود.
تکنيک هاي نمونه برداري متفاوتي وجود دارند که سه روش ايده آل، طبيعي و سر تخت را مي توان نام برد. نمونه برداري مانند عمل سوئيچ رفتار مي کند که به طور متناوب با پريود زماني مشخص باز و بسته مي شود. معکوس فاصله نمونه برداري، فرکانس نمونه برداري خوانده مي شود.
بر اساس قضيه نايکوئيست (Nyquist Theorem)، نرخ نمونه برداري بايد حد اقل دو برابر بالاترين مولفه فرکانسي (دو برابر پهناي باند) سيگنال آنالوگ باشد. عددي که اين قضيه بيان مي کند حداقل عددي است که گيرنده توسط آن مي تواند سيگنال فرستاده شده را بازسازي کند.
تبيان
ساده ترين مثال براي شروع کدگذاري داده هاي آنالوگ به سيگنال ديجيتال، صوت است. چطور صداي خود راروي کامپيوتر ذخيره مي‌کنيد و در اينترنت به اشتراک مي‌گذاريد؟
خروجي ميکروفن، داده آنالوگ است که در کامپيوتر به صفر و يک تغيير مي‌کند. کامپيوتر با روش‌هايي داده هاي انالوگ را طوري به صفر و يک تبديل مي‌کند که بتواند از روي آن دوباره صدا را بازسازي کند.
انواع روش‌هاي کدگذاري (3)
ابزاري که داده هاي انالوگ را به ديجيتال تبديل مي‌کند کُدِک نام دارد. اين وسيله با نام هاي ديگري چون رقمي ساز، مبدل انالوگ به ديجيتال که به ترتيب ترجمه عبارت هاي Digitizer و Analog to Digital Convertor هستند، نيز شناخته مي‌شود.
هدف اصلي اين ابزار تبديل کردن داده انالوگ به دنباله اي از بيت هاي صفر و يک است به گونه اي که اطلاعات اوليه را بتوان از روي آن بازسازي کرد و انها را به صورت کد هاي NRZ يا هر کد ديگري نمايش و انتقال داد.
مدولاسيون دامنه (Pulse Amplitude Modulation)
اولين مرحله از مدولاسيون داده هاي آنالوگ به ديجيتال PAM نام دارد. در اين تکنيک ياد مي‌گيريم چطور از داده هاي آنالوگ نمونه برداري کنيم. نمونه برداري در اينجا بدين معناست که که دامنه سيگنال را در فواصل زماني مشخص اندازه مي‌گيريم. هر چه اندازه اين فاصله زماني کمتر باشد، نمونه بر داري دقيق تر است.
روش PAM به تنهايي روشي براي انتقال و کد گذاري داده هاي آنالوگ نيست. زيرا در اين روش سيگنال آنالوگ به سيگنال نمونه برداري تبديل مي‌شود و همچنان اين سيگنال را نيز نمي توانيم در رسانه ي انتقال ديجيتال عبور دهيم. زيرا داده ها هنوز آنالوگ هستند.
تکنيک PAM در واقع مقدمه اي براي روش مدولاسيون کد پالس (Pulse Code Modulation) يا به اختصار PCM است که در ادامه به توضيح ان مي پردازيم.
مدولاسيون کد پالس (Pulse Code Modulation)
سيگنال خروجي که از روش PAM به دست آورديم را به عنوان سيگنال ورودي براي اين روش به کار مي‌بريم. اولين قدم کوانتيزه کردن پالس هاي PAM است.
انواع روش‌هاي کدگذاري (3)
گفتيم در PAM در فاصله هاي زماني مشخص از سيگنال آنالوگ نمونه بر داري مي‌کنيم. نمونه هاي گرفته شده ممکن است داراي مقادير غير صحيح باشند. براي انتقال داده ها ابتدا مجبوريم داده هايي که مقدار آنها ناصحيح است را کوانتيزه کرده و به مقادير صحيح تبديل کنيم.
پس از کوانتيزه کردن نمونه ها، کار ساده مي‌شود. مي توانيد حدس بزنيد؟
تنها کافيست اندازه هاي کوانتيزه شده را به مبناي دو تبديل کنيم. با اين کار رشته اي از صفر و يک ها توليد خواهد شد و اين صفر و يک به راحتي در رسانه ي انتقال ديجيتال منتشر مي شوند. در اين تکنيک گيرنده نيز از روش کار مطلع است و از روي مقادير خوانده شده بر اساس فاصله زماني نمونه برداري شده، سيگنال مورد نظر را بازسازي مي کند.
انواع روش‌هاي کدگذاري (3)
با توجه به مطالب گفته شده، واضح است که هر چه ميزان نرخ نمونه برداري بيشتر باشد (البته بستگي به نوع سيگنال دارد) و بازه هاي لازم براي کوانتيزه کردن اعداد PAM کوچک تر باشد، سيگنال بازسازي شده در سمت گيرنده دقيق تر خواهد بود و به اين ترتيب کيفيت صداي انتقال يافته از فرستنده به گيرنده افت کمتري خواهد داشت.
نرخ نمونه برداري
ميزان نرخ نمونه برداري در اين روش حرف اساسي را مي‌زند. اگر بازه نمونه برداري درست انتخاب نشود، سيگنال آنالوگ شکل خود را از دست مي دهد و در سمت گيرنده نمي تواند بازسازي شود.
تکنيک هاي نمونه برداري متفاوتي وجود دارند که سه روش ايده آل، طبيعي و سر تخت را مي توان نام برد. نمونه برداري مانند عمل سوئيچ رفتار مي کند که به طور متناوب با پريود زماني مشخص باز و بسته مي شود. معکوس فاصله نمونه برداري، فرکانس نمونه برداري خوانده مي شود.
بر اساس قضيه نايکوئيست (Nyquist Theorem)، نرخ نمونه برداري بايد حد اقل دو برابر بالاترين مولفه فرکانسي (دو برابر پهناي باند) سيگنال آنالوگ باشد. عددي که اين قضيه بيان مي کند حداقل عددي است که گيرنده توسط آن مي تواند سيگنال فرستاده شده را بازسازي کند.
تبيان