Определение последовательностных устройств, их отличие от комбинацищнных

Последовательностными называют такие устройства, выходные сигналы которых определяются не только сигналами на входах, но и предыстории их работы, т.е. это устройства с памятью. Реальные последовательностные устройства называют также конечными автоматами, поскольку их память охватывает конечное число предшествующих тактов. Примером этих устройств являются триггеры.

Комбинационные устройства определяются совокупностью входных сигналов, действующих в данном такте, т.е. это устройства без памяти. Логические функции, реализуемые комбинационными устройствами, могут быть заданы содержательно, т.е. путем словесного описания, таблично и алгебраически. Таблицы, устанавливающие связь между входными и выходными переменными комбинационных устройств, называют таблицами истинности.

 

Билет 7 В наши дни радиосвязь получила широкое распространение. В связи с ограниченным частотным ресурсом и огромным числом пользователей, которые используют радиочастоты, приходится применять различные методы уплотнения (разделения) каналов связи. Уплотнение линий связи экономически целесообразно осуществлять, так как это позволяет сократить затраты на организацию новых линий связи в случае отсутствия уплотнения и сократить расходы на оборудование и эксплуатацию. Существуют, например, такие методы уплотнения каналов связи: Частотное разделение каналов – для каждого канала связи отводится своя полоса частот так, чтобы не происходило перекрытия их частотных полос. Временное разделение каналов – сигналы каждого канала дискретизируются и их мгновенные значения передаются последовательно по времени, таким образом,каждое сообщение передается короткими импульсами – дискретами. Фазовое разделение каналов – по линии связи передаются сигналы одинаковой частоты и амплитуды и с различными фазами. На приемной стороне такие сигналы выделяются с помощью специальных устройств. Пространственное разделение каналов – метод уплотнения по поляризации сигнала, ортогональные сигналы передаются по одной линии связи, что позволяет сократить полосу частот канала. Линейное разделение каналов – или метод разделения по форме, используются линейно независимые сигналы. Такие сигналы линейно разделены и могут быть приняты в качестве канальных сигналов. Наиболее широкое применение нашли частотное и временное разделения каналов связи. Именно эти методы уплотнения описаны в данной курсовой работе.2.1. Системы с частотным уплотнением каналов. В системах с ЧРК используются канальные сигналы, частотные спектры которых располагаются в неперекрывающихся частотных полосах. Формирование канальных сигналов осуществляется при помощи АМ, ЧМ или ФМ так, чтобы средние частоты спектров канальных сигналов соответствовали средним частотам отведенных полос каждого канала. В приемной части разделение каналов осуществляется набором частотных фильтров, каждый из которых пропускает спектр частот, принадлежащий только данному канальному сигналу. На рис. 2.1.1 показаны спектры сообщений,передаваемых по трем каналам (а), спектры канальных сигналов (б) и спектр сигнала, передаваемого по линии связи (в). Рис. 2.1.1, а Рис. 2.1.1, б Рис. 2.1.1, вДля формирования канальных сигналов с неперекрывающимися спектрами осуществляется перенос спектров сообщений с помощью канальных модуляторов (М_i). На каждый модулятор подаются сообщение λ_k(t) и колебание s_k(t)=a_kcos(ω_kt + φ_k) от генератора поднесущих частот (ГЧ)(рис.2.1.2). Канальные сигналы подаются на фильтры, полосы которых согласованы со спектрами этих сигналов. Фильтры подавляют гармоники, образующиеся в канальных модуляторах. В суммирующем устройстве складываются канальные сигналы, и групповой сигнал, спектр которого показан на рис. 2.1.1,б, модулирует несущую, вырабатываемую генератором (ГН). На выходе модулятора М_Σ образуется радиосигнал с несущей ω₀. На приемной стороне после усиления и преобразования сигнала в ЛПр производится выделение группового сигнала с помощью демодулятора (Д). Групповой сигнал подается на устройство разделения, состоящее из параллельно включенных фильтров Ф₁, Ф₂,., Ф_М. На рис. 2.1.1,б параболами обозначены характеристики затухания фильтров. На выходе каждого фильтра выделяется соответствующий канальный сигнал вместе с продуктами взаимных помехи шумами. Канальные демодуляторы (КД_i) выделяют переданные сообщения, направляемые далее получателям П_i. Рис. 2.1.2 Системы с временным уплотнением каналов. В многоканальных системах с временным разделением каналов (ВРК) канальные сигналы не перекрываются во времени, что обеспечивает их ортогональность. Рассмотрим один из способов формирования канальных сигналов в системе с ВРК. Сообщения λ_k, поступающие от источников, подвергаются дискретизации по времени так, чтобы отсчеты одного сообщения не совпадали с отсчетами другого (рис. 2.2.1,а). В соответствии с моментами отсчетов вырабатываются импульсы, параметры которых меняются в зависимости от значений сообщений сообщения в каждом отсчете. Рис. 2.2.1,б иллюстрирует систему, в которой пропорционально сообщению изменяется амплитуда импульсов. Канальные сигналы, образованные из сообщения λ₁, не совпадают по времени с канальными сигналами, образованными из сообщения λ₂. Рис. 2.2.1, а Рис. 2.2.1, бТаким образом, в системе с ВРК происходит периодическое подключение каждого источника к линии связи. Частота подключения выбирается из условия восстановления непрерывного сообщения по его дискретным выборкам, т.е. в соответствии с теоремой Котельникова. Переносчиком сообщений в каждом канале является последовательность импульсов. В зависимости от того, какие параметры импульсной последовательности являются информативными, получают те или иные системы с ВРК. Однако всем разновидностям систем с ВРК присущи общие черты, которые отражены в структурной схеме, приведенной на рис. 2.2.2. Рис. 2.2.2Генератор канальных импульсов (ГКИ) вырабатывает периодические последовательности импульсов, служащие переносчиками сообщений для М каналов. Снимаемые с выходов ГКИ импульсные поднесущие модулируются в модуляторах (М) сообщениями, поступающими от источников И_i. Образующиеся канальные сигналы не перекрываются во времени (см. диаграммы рис. 2.2.3). Для того чтобы обеспечить разделение каналов, на передающей стороне устройство формирования синхроимпульсов (УФСИ) вырабатывает синхроимпульсы, параметры которых отличаются от канальных импульсов, а период повторения совпадает с периодом Т_п. Синхроимпульсы складываются с канальными, и суммарный поток подается модулятор передатчика. Ритм работы всей системы обеспечивается генератором тактовых импульсов (ГТИ). В передатчике реализуется вторая ступень модуляции, в результате чего формируется радиосигнал. На приемной стороне этот радиосигнал демодулируется и на выходе демодулятора (Д) выделяется импульсный поток группового сигнала. Селектор синхроимпульсов (ССИ) выделяет из этого потока синхроимпульсы, которые обеспечиваютсинхронную работу генератора селекторных импульсов (ГСИ). Разделение канальных импульсных потоков осуществляется временными селекторами (ВС), на которые с одной стороны подается групповой сигнал, с другой – селекторные импульсы. При совпадении по времени канального и селекторного импульсов ВС пропускает первый на вход канального демодулятора (КД).

Вопрос

Амплитудно-модулированный (АМ) сигнал в общем случае определяется выражением (3) где (x) – информационный (модулирующий) сигнал, s(x) – сигнал-переносчик, m – коэффициент модуляции. Спектр сигнала (3) можно найти с использованием свойств преобразования Фурье (см. разд. 1.5) в форме

(4) где

Формирование спектра (4) иллюстрируется на рис. 2.1 и 2.2. При гармоническом модулирующем сигнале (рис. 2.1) его спектр, как и спектр сигнала-переносчика, представляет собой две дельта-функции. Свертка спектров S(u) и  (u) приводит к переносу спектра (u) на более высокую (так называемую несущую) частоту . Если модулирующий сигнал имеет сложную форму и, следовательно, протяженный спектр (рис. 2.2), образованный множеством пар дельта-функций с различными положениями на частотной оси, то в результате переноса спектра на несущую частоту образуются соответствующие спектральные порядки. В силу свойств частотной симметрии преобразования Фурье можно показать, что вся полезная информация содержится в спектральном порядке в окрестности частоты . Демодуляцию АМ сигнала осуществляют путём выделения огибающей сигнала-переносчика при его детектировании и фильтрации нижних частот на выходе детектора. Ширина полосы пропускания фильтра должна соответствовать ширине спектра (u) (рис. 2.2), чтобы обеспечить минимальные спектральные искажения восстановленного сигнала.

Рис. 2.1. Спектр АМ сигнала с гармонической модуляцией Рис. 2.2. Спектр сложного АМ сигнала

 

Билет № 8

1. Применение компрессии при передаче и экспандирования (декомпрессии) при приеме сигналов. Компрессия — это второй этап создания мультимедийного объекта. Цель этого очевидна — компрессия позволяет цифровым файлам приобрести объем, совместимый с теми условиями, в которых данная информация будет использоваться. Эти условия прямо влияют на норму компрессии. Очевидно, что степень компрессии непосредственно связана с максимальной скоростью передачи и приема цифровых данных. Эти показатели достаточно высоки в компьютерах с высокоскоростными проигрывателями CD-ROM, ниже, как правило, в цифровых оптоволоконных сетях. Для сжатия информационных файлов используется достаточно много технологий. Но все они имеют две основные технические характеристики: первая — алгоритм используемой компрессии, вторая — микросхемы, которые совершают все необходимые подсчеты и манипуляции с информацией. Алгоритмы позволяют сократить объем информации до тех параметров, с которыми могут работать микросхемы. Степень сжатия колеблется от 4 до 200 раз. Как правило, чем выше степень компрессии, тем больше искажения сигнала. Совершенствование микросхем позволяет ускорить процессы компрессии / декомпрессии, улучшить качество конечной продукции. Оба направления активно развиваются в новейших технологиях информатики. Но некоторые алгоритмы и технические решения уже стали фактическими стандартами, т.к. признаны в международном масштабе. В процессе сжатия информации важно знать те требования, которые ставятся к этой информации ее пользователями. Безусловно, идеальный вариант, когда информация после декомпрессии полностью соответствует исходной. Но если такая технология стоит в десятки раз дороже той, которая позволяет быстро обрабатывать данные при определенной потере качества? Конечно, если банковские работники обмениваются информационными файлами, то небольшие, казалось бы, ошибки приведут к весьма печальным последствиям. Но если вы смотрите на экране компьютера видеофильм, то незаметные глазу искажения не доставят неудобства зрителю, но позволят сэкономить и время, и деньги.Технология компрессии данных, при которой декомпрессир-я информация полностью соответствует исходной, называют техникой уплотнения (compactage) данных. Она преобладала на начальном этапе развития информатики. Предназначена для обмена или передачи текстов или цифр. В данном случае потеря достоверности недопустима. Второе поколение техники сжатия информации (собственно компрессия /декомпрессия) предназначено для иных типов информации — звука, изображения, видео. В отличие от техники “уплотнения” она вполне допускает ухудшение качества посткомпрессионной информации. Объемы информации при этой технологии в 20 и более раз выше, чем при передаче текстовой или цифровой. Возможность снижения качества сигнала определяется технологией, в которой необходима компрессия /декомпрессия звука, видео. Например, если вы говорите по телефону, то не требуется звука качества проигрывателя аудиокомпактдисков. Конечно, можно разработать и такую технологию передачи звука на расстояние, но тогда стоимость телефонного аппарата превысит стоимость хорошего автомобиля. Если взять видеофонию, которая позволяет видеть собеседника, то уровень четкости изображения для пользователя менее важен, чем при просмотре им телевизионных программ. Поэтому тип компрессии и ее степень выбирается в зависимости от используемого оборудования и тех требований, которые ставит перед информацией ее конечный потребитель. Если при “уплотнении” с информацией успешно справлялись первые поколения ЭВМ, то при работе со звуком (тем более с видео) технология компрессии стала возможна только с появлением быстродействующих процессоров. Поэтому и мультимедиа, как тип технологий коммуникации, стали развиваться только в последнее десятилетие. Способности микропроцессоров растут весьма быстро, удваиваются каждые 18 месяцев (так называемый закон Моора). Сегодня есть технологии, позволяющие разместить более 20 миллионов транзисторов на одном микрочипе. Стандарты компресcии/декомпресcии видеоизображения Основные видео- стандарты: 1. Стандарт H.261 - разработан организацией по стандартам телекоммуникаций ITU. На практике, первый кадр в стандарте H.261 всегда представляет собой изображение стандарта JPEG, компрессированное с потерями и с высокой степенью сжатия. 2. Стандарт H.263 – это стандарт сжатия видео, предназначенный для передачи видео по каналам с довольно низкой пропускной способностью (обычно ниже 128 кбит/с). Применяется в программном обеспечении для видеоконференций.

3. Стандарт H.264 - это новый расширенный кодек, также известный как AVC и MPEG-4, часть 10.