Интернет магазин китайских планшетных компьютеров

Компьютеры - Шифрование в аналоговой телефонии - Системы цифровой телефонии

Для преобразования речевого сигнала в цифровую форму берутся отсчеты, то есть значения сигнала через равные промежутки времени τ. Интервал τ должен быть настолько мал, чтобы сигнал не успевал намного измениться между отсчетами. Этот интервал часто называют временным шагом или интервалом Найквиста. Минимальную частоту взятия отсчетов, то есть величину, обратную временному шагу дискретизации, определяет теорема В.Л.Котельникова, согласно которой частота отсчетов должна быть вдвое больше максимальной частоты звукового спектра. В телефонии такая частота ограничивается 3,4 кГц. Поэтому частота отсчетов должна быть не менее 6800 в секунду, или 6,8 кГц. Процесс взятия отсчетов называют дискретизацией по времени.

Для цифровой оценки отсчетов используется процесс дискретизации по уровню. Каждый отсчет можно представить числом, соответствующим значению отсчета звукового напряжения. Например, если звуковое напряжение измерять в милливольтах, то число целых милливольт и будет отсчетом, а 1 мВ - шагом дискретизации по уровню. Отношение максимальной амплитуды звукового напряжения к шагу квантования дает максимальное число, которое нужно получить при отсчетах. Оно определяет динамический диапазон передаваемого сигнала. Для передачи речи с удовлетворительным качеством достаточен динамический диапазон 30-35 дб, что соответствует числу шагов квантования 30 при отсчетах. Для передачи одного отсчета двоичным кодом в этом случае достаточно разрядов. Для качественной передачи музыки число квантований должно быть не менее 10000, что соответствует динамическому диапазону 80 дб. В этом случае для передачи одного отсчета потребуется разрядов.

Переход на цифровую передачу существенно улучшает качество связи. Но не даром. Оценим поток информации при телефонном разговоре.

Полагая полосу звуковых частот равной, как и выше, 3,4 кГц и частоту взятия отсчетов 6,8 кГц, получаем 6800 отсчетов в секунду. При 30 шагах квантования по уровню каждый отсчет занимает 5 разрядов. Следовательно, в секунду передается 34000 двоичных разрядов, или бит информации. Скорость передачи информации, измеренную в бит/с, можно выразить формулой C = 2Flog₂N, где F – максимальная частота звукового спектра, N – число уровней квантования. Чтобы передать цифровой сигнал со скоростью 34 Кбит/с, нужна полоса частот, пропускаемых каналом связи, не менее 34 кГц.

Таким образом, при переходе к цифровому сигналу произошёл как бы обмен полосы частот на отношение сигнал/шум, но обмен достаточно выгодный. Расширяя полосу частот в 10 раз при переходе к цифровой передаче, мы намного снижаем допустимое отношение сигнал/шум или сигнал/помеха в канале связи, и это при общем существенном улучшении качества передачи.

В заключение сделаем одно замечание. Для аналогово-цифровых преобразователей входной сигнал отсчитывается через регулярные интервалы времени и затем передается цифровая "аппроксимация". Имеется и другой способ передачи информации. Если, например, входным сигналом является синусоида с частотой f , то вместо того, чтобы посылать цифровую аппроксимацию, мы могли бы просто сообщить получателю о параметрах синусоиды и предложить ему самому построить такой сигнал. Этот принцип заложен в основе аппаратов, называемых соответственно вокодерами и липредорами. С помощью таких аппаратов синтезируются цифровые речевые системы с низкоскоростным выходом.