o sygnałach cyfrowych - politechnika gdańskawaldi/edm/materialy/sygnaly...zasada nyquist'a (o...
TRANSCRIPT
![Page 1: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/1.jpg)
O sygnałach cyfrowych
![Page 2: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/2.jpg)
InformacjaInformacja
� Informacja - wielkość abstrakcyjna, która moŜe być:
� przechowywana w pewnych obiektach� przesyłana pomiędzy pewnymi obiektami� przetwarzana w pewnych obiektach� stosowana do sterowania pewnymi obiektami
� Dane - surowe fakty i liczby
� Przetwarzanie danych - logicznie ze sobą powiązany zespół czynności pozwalających na uzyskanie z danych niezbędnych informacji
InformacjaDane Interpretacja+ =
![Page 3: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/3.jpg)
Informacja analogowa i cyfrowaInformacja analogowa i cyfrowa
� Sygnał analogowy
� sygnał, który moŜe przyjmować dowolnąwartość z ciągłego przedziału (nieskończonego lub ograniczonego zakresem zmienności)
� wartości sygnału analogowego mogązostać określone w kaŜdej chwili czasu dzięki funkcji matematycznej opisującej dany sygnał
� Sygnał cyfrowy
� sygnał, którego dziedzina i zbiór wartości są dyskretne
� sygnał ciągły, który moŜe zmieniaćswoją wartość tylko w określonych chwilach czasu i moŜe przyjmowaćtylko określone wartości
![Page 4: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/4.jpg)
Informacja analogowa i cyfrowaInformacja analogowa i cyfrowa
� Obecnie telekomunikacja i elektronika powszechnego uŜytku zostały prawie całkowicie zdominowane przez cyfrowe przetwarzanie sygnałów
� Cyfrowe przetwarzanie sygnałów jest w stosunku do przetwarzania analogowego:
� powtarzalne� bardziej niezawodne� tańsze
� Zamiana sygnału analogowego na cyfrowy wymaga wykonania trzech kroków:
� próbkowania� kwantowania� kodowania - zamiana na postać bitową
![Page 5: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/5.jpg)
ETAP 1 -- prpróóbkowaniebkowanie
� Próbkowanie - proces tworzenia sygnału impulsowego reprezentującego sygnał ciągły (analogowy)
� w ustalonych odstępach czasu mierzona jest wartość chwilowa sygnału i na jej podstawie tworzone są tzw. próbki (ang. sample)
� sygnał przekształcony do postaci spróbkowanej jest nazywany sygnałem dyskretnym
TS - okres próbkowania
fS - częstotliwość próbkowania
fS = 1 / TS
![Page 6: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/6.jpg)
ETAP 1 - próbkowanie
![Page 7: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/7.jpg)
ETAP 1 ETAP 1 -- prpróóbkowaniebkowanie
� Przekształcenie powrotne sygnału cyfrowego do analogowego, bez straty informacji, wymaga spełnienia twierdzenia o próbkowaniu
Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu)
Sygnał ciągły moŜe być ponownie odtworzony z sygnału dyskretnego, jeśli był próbkowany z częstotliwością co najmniej dwa razy większąod granicznej częstotliwości swego widma
� Przykład:
� człowiek słyszy dźwięki do częstotliwości ok. 20 kHz
� według powyŜszego prawa częstotliwość zapisu cyfrowego musi być większa niŜ 40 kHz po to, aby nie były słyszalne przekłamania
� z powyŜszego powodu dla płyt CD-Audio przyjęto częstotliwośćpróbkowania 44,1 kHz dla kaŜdego kanału
![Page 8: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/8.jpg)
ETAP 2 ETAP 2 -- kwantyzacjakwantyzacja
� Systemy cyfrowe są w stanie przetwarzaćtylko sygnały reprezentowane słowami o skończonej liczbie bitów
� Taka reprezentacja wymaga ograniczenia zbioru wartości sygnału - wartości te nazywane są poziomami reprezentacji
� Kwantyzacja to proces polegający na przypisaniu wartości analogowych do najbliŜszych poziomów reprezentacji
![Page 9: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/9.jpg)
ETAP 3 - kodowanieETAP 3 - kodowanie
� W układach cyfrowych wszelka informacja i wszelkie wielkości przetwarzane przez te układy reprezentowane są przez dwa stany:
� stan niski (L), nazywany teŜ poziomem logicznym niskim lub zerem (0)� stan wysoki (H), nazywany teŜ poziomem logicznym wysokim lub jedynką (1)
� W praktycznej realizacji układów cyfrowych naleŜy określić jakie wartości lub zakresy wartości oznaczają poziom logiczny niski lub wysoki
� Na rysunku przedstawione sąpoziomy logiczne dla układów cyfrowych TTL
� Zakresy wartości mogą byćróŜne dla róŜnych wykonańukładów cyfrowych
![Page 10: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/10.jpg)
Zalety występowania tylko dwóch stanów logicznycZalety występowania tylko dwóch stanów logicznych
� Prosta realizacja układów elektronicznych wykonujących przetwarzanie informacji
� elementy półprzewodnikowe mają duŜe rozrzuty swoich parametrów, co wymaga stosowania odpowiednich rozwiązań - w układach cyfrowych jest to znacznie prostsze niŜ w układach analogowych
� w konsekwencji moŜliwa jest większa gęstość upakowania i niŜsza cena
� Łatwość transmisji i odporność na zakłócenia
� prostsze przesyłanie i regenerowanie informacji cyfrowej niŜ analogowej
� moŜliwość stosowania kodów korekcyjnych (np. płyty CD)
� Łatwość konstruowania układów pamiętających o duŜych pojemnościach
� własność wynikająca z punktu pierwszego
ETAP 3 - kodowanieETAP 3 - kodowanie
![Page 11: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/11.jpg)
Jednostki informacji Jednostki informacji -- bit bit
� Bit (ang. binary digit) - jednostka logiczna, określająca najmniejsząilość informacji potrzebną do stwierdzenia, który z dwóch równie prawdopodobnych stanów przyjął układ
� Bit przyjmuje jedną z dwóch wartości: 0 (zero) i 1 (jeden) - bit jest zatem toŜsamy z cyfrą w systemie dwójkowym
� Bity oznacza się mała literą „b”
� Wielokrotności bitów - przedrostki dziesiętne w układzie SI
ETAP 3 - kodowanie
![Page 12: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/12.jpg)
InformacjaInformacja
� Co oznaczają poniŜsze dane?
15 lipca 1410 roku Data!!!
![Page 13: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/13.jpg)
Transmisja szeregowa
![Page 14: O sygnałach cyfrowych - Politechnika Gdańskawaldi/EDM/Materialy/Sygnaly...Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu) Sygnałciągły moŜe byćponownie odtworzony z sygnału dyskretnego,](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022071500/611f5171da1a1a52a54c2679/html5/thumbnails/14.jpg)
Transmisja równolega