Кодирование и декодирование импульсных сигналов
Кому – так, кому – знак.
Марина Цветаева
Если внимательно рассмотреть схему передачи звука в аналоговом варианте (рис. 3.4), становится ясно, что форма сигнала в источнике и во всех остальных устройствах примерно одинакова. Синусоиду, которую генерирует, скажем, источник звука, в той или иной степени повторит микрофон, все усилители и конечное выводное устройство – динамик, который вернет звук, весьма напоминающий "оригинал".
Рис. 3.4. Форма аналогового сигнала на разных этапах его передачи
Если таким же образом построить схему в импульсном варианте, то в схеме появится принципиальная ошибка. Ее смысл состоит в том, что в начале линии передачи, например, звука, после микрофона и предварительных усилителей должен находиться "кодировщик" – устройство, которое определенным образом преобразовывает аналоговый сигнал, поступающий от микрофона, в поток импульсов. А в конце линии передачи должен находиться "декодировщик" – устройство, которое выполняет обратную процедуру, а именно, преобразовывает поток импульсов в аналоговый сигнал, "понятный" для динамика и, в конечном счете, для человека.
Важная мысль
Для преобразования аналогового сигнала в импульсный и импульсного – в аналоговый требуется наличие специальных устройств – преобразователей аналогового сигнала в импульсный и обратно.
Таким образом, поскольку в рассматриваемой схеме в начале происходит преобразование аналогового сигнала в импульсно-цифровой (или проще, в цифровой), "кодировщик" ("шифратор") получает название АЦП, т. е. аналого-цифровой преобразователь (analog-to-digital converter, или ADC), а в конце – преобразование цифрового сигнала в аналоговый, "декодировщик" ("дешифратор") при этом получает название ЦАП, т. е., наоборот, цифро-аналоговый преобразователь (digital-to-analog converter, или DAC) (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Схема передачи импульсных сигналов
Определение
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство, которое обеспечивает представление аналогового (непрерывного) сигнала соответствующими цифровыми кодами.
Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) – устройство, которое обеспечивает преобразование кода цифрового сигнала в соответствующий аналоговый (непрерывный) сигнал.
Этап передачи между АЦП и ЦАП – это импульсно-цифровой этап, или короче цифровой. В самом деле, с помощью последовательности импульсов передаются некие числа, которые представляют собой не сигнал как таковой (например, звук или изображение), а только его шифрованную форму (коды). Проще говоря, любая информация, которая передается последовательностью совершенно одинаковых импульсов, не может быть "аналогичной" (совпадать по форме) исходной. Совокупность импульсов – это последовательность кодов.
Принципам кодирования посвящена глава 5.
На первый взгляд, усложнение схемы двумя дополнительными устройствами может показаться большим недостатком. На самом деле, в этом кроется колоссальное достоинство, которое всегда несет с собой унификация, особенно в технических системах и на производстве.
Пример-метафора
Стоит сравнить перевозку разнообразных предметов индивидуально и унифицированно. Одно дело– каждой вещи создавать свою особенную упаковку, совсем другое – предусмотреть один-два стандартных ящика, которые легко складировать, перемещать и учитывать. Особенно стоит обратить внимание на возможность "учета". В свое время мы об этом вспомним.
- Для передачи информации используются два основных способа: аналоговый и импульсный.
- Аналоговый способ необходим по причине того, что объективная информация (звук, цвет) представляет собой аналоговую форму. Поэтому на этапах ввода и вывода информации приходится иметь дело с аналоговыми сигналами. Рассмотренные в данной главе особенности достаточны для того, чтобы представлять себе, какие сигналы подлежат преобразованию в форму, "понятную" компьютеру.
- С другой стороны, компьютерные технологии не обладают органами чувств и мышлением, которыми природа снабдила человека. Для их функционирования требуется самый простой и однообразный вид сигнала, каковым является импульсный.
Таким образом, мы закончили обсуждение аналогового способа, который по-прежнему используется в технике, и переходим к более детальному рассмотрению импульсного способа передачи.
Импульсный сигнал характеризуется прежде всего тем, что одинаковые импульсы нетрудно сосчитать и передать их количество вместе с информационным сигналом. Это позволяет абсолютно достоверно осуществлять копирование информации.
Далее предстоит разобраться, каким образом происходит кодирование самых разных форм информации, откуда эти коды берутся, как мы их можем получать, доставлять и использовать, т. е. рассмотреть в предельно популярном виде основы кодирования.
Но прежде необходимо от технических вопросов передачи информации перейти к математическим основам кодирования.