Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Multimédia M1: Információ és kommunikáció M2: Jelek és kódolás M3: Hangtechnika M4: Képtechnika M6: Multimédia az Interneten M5: Mozgóképtechnika.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Multimédia M1: Információ és kommunikáció M2: Jelek és kódolás M3: Hangtechnika M4: Képtechnika M6: Multimédia az Interneten M5: Mozgóképtechnika."— Előadás másolata:

1 Multimédia M1: Információ és kommunikáció M2: Jelek és kódolás M3: Hangtechnika M4: Képtechnika M6: Multimédia az Interneten M5: Mozgóképtechnika

2 Jelek és kódolás

3 Digitális számítógép kizárólag digitális értékeket dolgoz fel, kizárólag digitális értékeket dolgoz fel, amelyek mindig két különálló, egymástól jól elkülöníthető jelből állnak amelyek mindig két különálló, egymástól jól elkülöníthető jelből állnak a számítógépen belül minden adat és program a 0 és 1 jelek sorozatából áll a számítógépen belül minden adat és program a 0 és 1 jelek sorozatából áll egyszerű feladatokat ellátó részek összekapcsolásából épülnek fel egyszerű feladatokat ellátó részek összekapcsolásából épülnek fel

4 A multimédiás információs rendszerek digitális számítógépeken alapulnak, de éppen a multimédia alkalmazása miatt ezekben a rendszerekben az analóg és a digitális technika is fontos

5 Hogyan lesz az analóg jelből digitális jel?

6 Mi az a jel? az információ fizikai hordozóját értjük az információ fizikai hordozóját értjük

7 A jeleknek A jeleknek információtól függő (jelparaméterek) információtól függő (jelparaméterek) és információtól független tulajdonságai is vannak. és információtól független tulajdonságai is vannak. Minden jel időfüggő; Minden jel időfüggő; az idő (t) az információtechnika alapvető mennyisége. az idő (t) az információtechnika alapvető mennyisége. Az információhoz Az információhoz egyértelműen hozzárendelhető jelet hasznos jelnek (desired signal) nevezzük, egyértelműen hozzárendelhető jelet hasznos jelnek (desired signal) nevezzük, szemben a zavaró jelekkel (drop-in, interference signal). szemben a zavaró jelekkel (drop-in, interference signal).

8 Jelek osztályozása megjelenési forma alapján: jelparamétereik (érték) és időfüggésük (idő) alapján négy csoportjukat különböztethetjük meg: jelparamétereik (érték) és időfüggésük (idő) alapján négy csoportjukat különböztethetjük meg: érték- és időfolytonos jelek (tisztán analóg jelek), érték- és időfolytonos jelek (tisztán analóg jelek), értékszakaszos és időfolytonos jelek (mennyiségi jelek), értékszakaszos és időfolytonos jelek (mennyiségi jelek), értékfolytonos és időszakaszos jelek (letapogatott jelek), értékfolytonos és időszakaszos jelek (letapogatott jelek), érték- és időszakaszos jelek (tisztán digitális jelek). érték- és időszakaszos jelek (tisztán digitális jelek).

9 Mit nevezünk analóg és digitális jelnek? Az analóg jelek egy folyamatos(an változó) eseményt folyamatosan ábrázolnak. Az analóg jelek egy folyamatos(an változó) eseményt folyamatosan ábrázolnak. A digitális jelek csak (kódolt) szakaszos elemekből állnak. A digitális jelek csak (kódolt) szakaszos elemekből állnak.

10 Rendszerelmélet A jelközvetítés és -feldolgozás folyamatait leíró teriiletet rendszerelméletnek nevezzük. A jelközvetítés és -feldolgozás folyamatait leíró teriiletet rendszerelméletnek nevezzük. A "rendszer" egymáshoz kötött "elemek" sokaságából áll. A "rendszer" egymáshoz kötött "elemek" sokaságából áll. A rendszer bemeneti jelekre ad választ, méghozzá egy vagy több kimeneti jel segítségével. A rendszer bemeneti jelekre ad választ, méghozzá egy vagy több kimeneti jel segítségével.

11 Analóg és digitális rendszerek Az analóg rendszerek folyamatos jeleket bocsátanak ki (CT - continous time- rendszer) Az analóg rendszerek folyamatos jeleket bocsátanak ki (CT - continous time- rendszer) A digitális rendszerek szakaszos jeleket (DT - discrete time- rendszer) bocsájtanak ki. A digitális rendszerek szakaszos jeleket (DT - discrete time- rendszer) bocsájtanak ki. Az informatikában elsősorban a nem meghatározható (véletlen) jelek játszanak fontos szerepet. E jelek kezeléséhez a valószínűség számítás biztosítja az alapot. Az informatikában elsősorban a nem meghatározható (véletlen) jelek játszanak fontos szerepet. E jelek kezeléséhez a valószínűség számítás biztosítja az alapot.

12 Jelek fajtái

13 Érték- és időfolytonos jelek Ha egy folyamatos eseményt folyamatosan ábrázolunk az időben, akkor "tisztán" analóg jelről beszélünk. Ha egy folyamatos eseményt folyamatosan ábrázolunk az időben, akkor "tisztán" analóg jelről beszélünk.

14 Analóg jelek ábrázolása matematikailag s=s(t) Az s = s(t) jel esetében a t idő a független változó, míg az s érték a függő változó. s – tetszőleges jelparaméter t – idő Az informatikában az s lehet v(t) elektromos feszültség, i(t) elektromos áram vagy p(t) mechanikai hangnyomás.

15 Amplitúdó – pillanatnyi érték Az s max kifejezés jelenti az amplitúdót (csúcsérték,.legnagyobb kitérés), Az s max kifejezés jelenti az amplitúdót (csúcsérték,.legnagyobb kitérés), az s(t=t 1 ) vagy röviden s(t 1 ) a pillanatnyi érték (vagyis a t 1 időpontban mérhető s). az s(t=t 1 ) vagy röviden s(t 1 ) a pillanatnyi érték (vagyis a t 1 időpontban mérhető s).

16 Időtartam – amplitúdó értékkészlete Mivel a jeleket (különösen a multimédia- rendszerekben) mindig egy meghatározott időtartományban rögzítik, a t idő az adott jelre nézve mindig valódi időtartam: Mivel a jeleket (különösen a multimédia- rendszerekben) mindig egy meghatározott időtartományban rögzítik, a t idő az adott jelre nézve mindig valódi időtartam: Mivel természetüknél fogva az amplitúdóknak (elektromos feszültség, mechanikai nyomás stb.) is van a határa, ugyanez igaz a jel értékkészletére is: Mivel természetüknél fogva az amplitúdóknak (elektromos feszültség, mechanikai nyomás stb.) is van a határa, ugyanez igaz a jel értékkészletére is:

17 Jelosztályok Az analóg jeleket tovább lehet osztani különböző jelosztályokba. Az analóg jeleket tovább lehet osztani különböző jelosztályokba. meghatározható (előre jelezhető) jelek meghatározható (előre jelezhető) jelek nem meghatározható (előre nem jelezhető, véletlen) jelek nem meghatározható (előre nem jelezhető, véletlen) jelek A jel akkor meghatározható, ha értékei előre - minden pillanatra - matematikailag kiszámíthatók. A jel akkor meghatározható, ha értékei előre - minden pillanatra - matematikailag kiszámíthatók.

18 Meghatározható jelek fajtái periodikus (ismétlődő) jelek periodikus (ismétlődő) jelek nem periodikus (nem ismétlődő) jelek nem periodikus (nem ismétlődő) jelek

19 Ismétlődő jelek Az ismétlődő jelek közé tartoznak például a harmonikus rezgések. Legjobb példa erre a szinusz hullám Az ismétlődő jelek közé tartoznak például a harmonikus rezgések. Legjobb példa erre a szinusz hullám ω- körfrekvencia (ω = 2 π f) φ - fáziseltolódás (az eredetitől való eltérés)

20 Jean Baptiste Joseph Fourier ( ) szerint a periodikus jelek harmonikus rezgések, vagyis szinusz, illetve koszinusz alakú részrezgések összegzéséból tevődnek össze. Ezek matematikai sorozata az úgynevezett Fourier­sor, összegzésük pedig a Fourier­faktorizáció. Ismétlődő jelek

21 Nem ismétlődő jelek Csillapodó rezgés Csillapodó rezgés

22 Nem ismétlődő jelek fajtái majdnem ismétlődők (pl. az EKG, a szívverés görbéje) majdnem ismétlődők (pl. az EKG, a szívverés görbéje) átmenetiek (pl. egy inga kilengése – csillapodó rezgés) átmenetiek (pl. egy inga kilengése – csillapodó rezgés)

23 Zaj Számunkra (információelméleti szempontból) a nem meghatározható jelek a legfontosabbak. Számunkra (információelméleti szempontból) a nem meghatározható jelek a legfontosabbak. "Véletlenszerű viselkedésük" folytán statisztikai valószínűségen alapulónak ("sztochasztikus") is nevezik őket. "Véletlenszerű viselkedésük" folytán statisztikai valószínűségen alapulónak ("sztochasztikus") is nevezik őket. Az általunk ismert leginkább véletlenszerűen alakuló jel a zaj (zörej). Az általunk ismert leginkább véletlenszerűen alakuló jel a zaj (zörej). A zajt hallhatóvá és láthatóvá tehetjük, ha a televíziókészülékből kihúzzuk az antennacsatlakozót. A zajt hallhatóvá és láthatóvá tehetjük, ha a televíziókészülékből kihúzzuk az antennacsatlakozót.

24 Jelek Meghatározható Ismétlődő Harmonikus Általános ismétlődő Nem ismétlődő Majdnem ismétlődő Átmeneti Nem meghatározható Egyenletes Nem egyenletes

25 Értékszakaszos és időfolytonos jelek Ha nincs lehetőség végtelen sok függvényérték felvételére, és ezért a jelparamétereket véges sokaságú szakaszokra osztjuk, akkor az analóg jelből amplitúdó érték által meghatározott jel lesz. Ha nincs lehetőség végtelen sok függvényérték felvételére, és ezért a jelparamétereket véges sokaságú szakaszokra osztjuk, akkor az analóg jelből amplitúdó érték által meghatározott jel lesz. Ez az amplitúdó által meghatározott jel – bár időben folytonos – szakaszos értékekkel rendelkezik Pl. a hangfelvételre használt magnó felvételiszint- kijelzője.

26 Értékfolytonos és időszakos jelek Az értékfolytonos, időszakaszos mintavételi jel neve PAM (Pulse Amplitude Modulation, impulzus-amplitúdó moduláció), amely a zavarokra nagyon érzékeny, és csak köztes állapot a kódolás előtt. Az értékfolytonos, időszakaszos mintavételi jel neve PAM (Pulse Amplitude Modulation, impulzus-amplitúdó moduláció), amely a zavarokra nagyon érzékeny, és csak köztes állapot a kódolás előtt.

27 Értékfolytonos és időszakos jelek Matematikailag az időbeli szakaszolás akkor történik, amikor az analóg jel t 1.. t n időpontokban Matematikailag az időbeli szakaszolás akkor történik, amikor az analóg jel t 1.. t n időpontokban s = s(t) mintavételezésnél olyan amplitúdó-értékeket vesz fel, amelyek folyamatosak lehetnek a jelérték-tartományban.

28 Értékfolytonos és időszakos jelek Technikailag egy PAM jel kibocsátása egy négyzetes hullámjel-generátor által vezérelt analóg kapcsolóval (áramkör-megszakítóval) lehetséges. A kapcsoló az f a mintavételi frekvenciának megfelelően nyílik és zárul. Technikailag egy PAM jel kibocsátása egy négyzetes hullámjel-generátor által vezérelt analóg kapcsolóval (áramkör-megszakítóval) lehetséges. A kapcsoló az f a mintavételi frekvenciának megfelelően nyílik és zárul.

29 Értékfolytonos és időszakos jelek A PAM jellemzői: A PAM jellemzői: az NF jelforrások megsokszorozhatók, az NF jelforrások megsokszorozhatók, a jel számára magas sávszélesség szükséges, a jel számára magas sávszélesség szükséges, a zavaró tényezőkre érzékeny (az információ az amplitúdóban van). a zavaró tényezőkre érzékeny (az információ az amplitúdóban van).

30 Érték- és időszakos jelek Ha analóg jelet tapogatunk le, amplitúdó-értékét meghatározzuk, majd a mintavételi értéket kódoljuk, (tisztán) digitális jelet kapunk. Ha a mintavételi értéket kódolás segítségével bináris adatokká alakítjuk, akkor tisztán digitális jelet kapunk.

31 Érték- és időszakos jelek A bináris digitális technika a kétértékű logikán alapul: az egyes értékeket a 0 és az 1 bináris számjegyek segítségével írják le. A bináris digitális technika a kétértékű logikán alapul: az egyes értékeket a 0 és az 1 bináris számjegyek segítségével írják le.

32 Érték- és időszakos jelek Példa: Példa: Ha a mintavételi értékeket egy-egy 4 bit hosszúságú adattétel ("adatszó") ábrázolja. Ha a pozitív egész számok halmazára szorítkozunk, a lehetséges legnagyobb bináris számmal leírható w bit hosszúságú "szó" a következőképpen számolható ki: Az ábrázolható karakterek száma

33 Érték- és időszakos jelek Példánkban (4 bites adathossz) az ábrázolható jelek száma 2 4 = 16, vagyis a legnagyobb ábrázolható érték a = 15. Példánkban (4 bites adathossz) az ábrázolható jelek száma 2 4 = 16, vagyis a legnagyobb ábrázolható érték a = bites adatszó: 4 bites adatszó: A legmagasabb helyi érték az MSB (most significant bit) A legmagasabb helyi érték az MSB (most significant bit) A legalacsonyabb az LSB (least significant bit) A legalacsonyabb az LSB (least significant bit)

34 Digitalizálás Digitalizálhatóság alatt azt a lehetőséget értjük, hogy érték- és idő szakaszos jelekké (digitális jelekké) alakíthatjuk a jeleket. Korunk - a XXI. század (a "digitális kor") - fő meghatározója, hogy minden akusztikai és optikai elemet lefordíthatunk egy kétértékű (bináris) nyelvre, a,,0-1 nyelvre", vagy is kódolhatjuk, és így gépileg feldolgozhatóvá tehetjük. Ez a,,0-1 nyelv" minden médiajelenség közös nevezője, és ez az alapja minden elképzelhető adat átválthatóságának és értelmezhetőségének, ami megteremti a lehetőséget arra, hogy virtuális valóságokat alakítsanak ki.

35 Digitális jelfeldolgozás Mielőtt a analóg jeleket (például egy mikrofonból származó jeleket) digitális számítógéppel feldolgoznánk, ezt az analóg jelet digitális jellé kell alakítani. A digitalizálás folyamata a mintavételezés, a számszerűsítés (mennyiségivé tétel, kvantálás) és a kódolás.

36 Digitális jelfeldolgozás folyamata Analóg jel mintavételezés (időben ismétlődő) számszerűsítés kódolás számszerűsítés kódolás digitális jel digitális jel

37 Mintavételezés, számszerűsítés, és kódolás egy hanganyag kapcsán bemutatva

38 Mintavételezés Mintavételezés: a jelből azonos időszakaszonként mintát vesznek. Mintavételezés: a jelből azonos időszakaszonként mintát vesznek. Az időben szakaszos értékekké alakítás az s(t) bemeneti jel n x T, időtartománybeli mintavételezésével (sampling) történik, ahol a T, a két mintavétel között eltelt időt jelenti. Az időben szakaszos értékekké alakítás az s(t) bemeneti jel n x T, időtartománybeli mintavételezésével (sampling) történik, ahol a T, a két mintavétel között eltelt időt jelenti. Így például a 16 kHz-es mintavételi frekvencia 62,5 μs távolságot jelent a következő mintavételi ponttól. Így például a 16 kHz-es mintavételi frekvencia 62,5 μs távolságot jelent a következő mintavételi ponttól.

39 Mintavételezés Mintavételezés: a jelből azonos időszakaszonként mintát vesznek. Mintavételezés: a jelből azonos időszakaszonként mintát vesznek. Az időben szakaszos értékekké alakítás az s(t) bemeneti jel n x T, időtartománybeli mintavételezésével (sampling) történik, ahol a T, a két mintavétel között eltelt időt jelenti. Az időben szakaszos értékekké alakítás az s(t) bemeneti jel n x T, időtartománybeli mintavételezésével (sampling) történik, ahol a T, a két mintavétel között eltelt időt jelenti. például a 16 kHz-es mintavételi frekvencia 62,5 μs távolságot jelent a következő mintavételi ponttól. például a 16 kHz-es mintavételi frekvencia 62,5 μs távolságot jelent a következő mintavételi ponttól.

40 Mintavételezés Ezután a letapogatott jel már csak a mintavételezés időpontjaiban létezik. Ezután a letapogatott jel már csak a mintavételezés időpontjaiban létezik. A mintavételi eljárás során fontos, hogy Shannon mintavételi elméletét betartsuk. A mintavételi eljárás során fontos, hogy Shannon mintavételi elméletét betartsuk.

41 Számszerűsítés Számszerűsítés során az amplitúdó- értéktartományt N szakaszra osztjuk, a szakaszokat megszámozzuk, és minden mintavételi értéket annak a szakasznak megfelelő számmal látjuk el, amelyikbe esik.

42 Mintavételi elmélet Shannon mintavételi elmélete kimondja, hogy a mintavételi frekvencia mindig legalább a kétszerese legyen a vizsgálandó jel legnagyobb frekvenciájának Shannon mintavételi elmélete kimondja, hogy a mintavételi frekvencia mindig legalább a kétszerese legyen a vizsgálandó jel legnagyobb frekvenciájának f a >2 * f max f a mintavételi frekvencia f a mintavételi frekvencia f max a jel legmagasabb frekvenciája f max a jel legmagasabb frekvenciája

43 Mintavételi elmélet T s a mintavételezés időtartama, ami a következőképp alakul: T s a mintavételezés időtartama, ami a következőképp alakul:

44 Mintavételi elmélet Ha a mintavételi elméletet nem tartjuk be, az mintavételezéskor a jel nem kívánt torzulását eredményezi, így a jel hamis lesz. Ha a mintavételi elméletet nem tartjuk be, az mintavételezéskor a jel nem kívánt torzulását eredményezi, így a jel hamis lesz. Ezek a nem kívánt torzulások a amelyek a kép- és hanghibákat okozzák. Ezek a nem kívánt torzulások a "hamis frekvenciák", amelyek a kép- és hanghibákat okozzák. Vegyünk például egy zenei CD-t: mivel az ember hallástartományának felső értéke körülbelül 20 kHz, ahhoz, hogy jó minőségű zenét biztosítsunk, a mintavételi frekvenciának 16 bit esetén Hz-nek kell lennie. (Ekkor mintát vehetünk.) Vegyünk például egy zenei CD-t: mivel az ember hallástartományának felső értéke körülbelül 20 kHz, ahhoz, hogy jó minőségű zenét biztosítsunk, a mintavételi frekvenciának 16 bit esetén Hz-nek kell lennie. (Ekkor mintát vehetünk.)

45 Hamisítás (aliasing) Ha egy jelből túl kevés mintavétel történik hamisítás lép fel (aliasing effect). Ez azt eredményezi, hogy a periodikusan ismétlődő tartományban átfedések lesznek, amikor Ha egy jelből túl kevés mintavétel történik hamisítás lép fel (aliasing effect). Ez azt eredményezi, hogy a periodikusan ismétlődő tartományban átfedések lesznek, amikor f s < 2 * f max

46 Hamisítás (aliasing) Túl kicsi mintavételi sebesség esetén, a mintavételi pontokon keresztül húzott görbe, a jel hamis képét adja.

47 Hamisítás (aliasing) A mintavételezett jelek időszakaszos értékeit csak véges hosszúságú adattételekkel ábrázolhatjuk. A mintavételezett jelek időszakaszos értékeit csak véges hosszúságú adattételekkel ábrázolhatjuk. Ez természetesen azt jelenti, hogy minden amplitúdóérték csak véges pontossággal bontható fel, ami közvetlen kapcsolatban van az adathosszal is. Ez természetesen azt jelenti, hogy minden amplitúdóérték csak véges pontossággal bontható fel, ami közvetlen kapcsolatban van az adathosszal is. A megengedhető amplitúdó-tartományt véges sokaságú amplitúdó-szakaszokra bontjuk (amplitúdó- számszerűsítés). A megengedhető amplitúdó-tartományt véges sokaságú amplitúdó-szakaszokra bontjuk (amplitúdó- számszerűsítés). A gyakorlatban a mintavételi frekvencia fele fölötti frekvenciarészekkel rendekező jeleket egy felülvágóval (low pass filter) előszűrjük. A gyakorlatban a mintavételi frekvencia fele fölötti frekvenciarészekkel rendekező jeleket egy felülvágóval (low pass filter) előszűrjük. E szűrő neve antialiasing-szürő (hamisítás-szúró) vagy presampling-szürő (mintavételezés előtti szűrő). E szűrő neve antialiasing-szürő (hamisítás-szúró) vagy presampling-szürő (mintavételezés előtti szűrő).

48 Hibák a számszerűsítés során Zajnak (noise) eredetileg a légnyomás statisztikai ingadozása által keltett hangokat neveztük. Zajnak (noise) eredetileg a légnyomás statisztikai ingadozása által keltett hangokat neveztük. Általánosságban zajnak nevezzük a jelek minden statisztikai torzulását. Általánosságban zajnak nevezzük a jelek minden statisztikai torzulását. Különösen olyan jelek esetében, amelyek a mintavételi frekvenciával páros számú arányban vannak, kellemetlen hangnemű zörejt kapunk. Különösen olyan jelek esetében, amelyek a mintavételi frekvenciával páros számú arányban vannak, kellemetlen hangnemű zörejt kapunk. A hibaarány már nem véletlenszerű, hanem a jel fázisait követi. A hibaarány már nem véletlenszerű, hanem a jel fázisait követi.

49 Hibák a számszerűsítés során A mintavételezéshez választott frekvencia (a digitalizálás bitmennyisége) határozza meg a számszerűsítés közben keletkezett zaj nagyságát. A mintavételezéshez választott frekvencia (a digitalizálás bitmennyisége) határozza meg a számszerűsítés közben keletkezett zaj nagyságát. Minél nagyobb a bitmennyiség, annál nagyobb a jel-zaj távolság, és annál alacsonyabb e zaj. Minél nagyobb a bitmennyiség, annál nagyobb a jel-zaj távolság, és annál alacsonyabb e zaj.

50 Kódolás

51 Mire jó a kódolás ? Az egész digitális jelfeldolgozás alapja nem más, mint a jelek és a kódolás. Az egész digitális jelfeldolgozás alapja nem más, mint a jelek és a kódolás. A multimédia-technikai alapjai a hang- és videojelek, amelyeket aztán feldolgoznak és kódolnak. A multimédia-technikai alapjai a hang- és videojelek, amelyeket aztán feldolgoznak és kódolnak.

52 Kódolás=titkosírás? Általában minden kötött szabály szerinti kifejezésmódot (pl.: a Morze-ábécé) kódolásnak nevezünk. Általában minden kötött szabály szerinti kifejezésmódot (pl.: a Morze-ábécé) kódolásnak nevezünk. A kódolás a digitális jelfeldolgozás általános érvényű kifejezése, és magában foglalja a tömörítés elveit is. A kódolás a digitális jelfeldolgozás általános érvényű kifejezése, és magában foglalja a tömörítés elveit is.

53 Morse-ábécé Samuel Finley Breese Morse találta fel a telegráffal együtt, 1835-ben (még a rádió feltalálása előtt). A kód a rádióamatőr szolgálatokban manapság is használatos. Samuel Finley Breese Morse találta fel a telegráffal együtt, 1835-ben (még a rádió feltalálása előtt). A kód a rádióamatőr szolgálatokban manapság is használatos. Morze ábécé változó szóhosszúságú kód, ahol a betűket rövid és hosszú elektromos impulzussal jelölik. Morze ábécé változó szóhosszúságú kód, ahol a betűket rövid és hosszú elektromos impulzussal jelölik.

54 Kódolás alapfogalmak Információ: valamely jelenségről szóló közlés, mely a hallgató, felhasználó számára új ismereteket tartalmaz. Információ: valamely jelenségről szóló közlés, mely a hallgató, felhasználó számára új ismereteket tartalmaz. Adat: az információnak a digitális rendszerekben való konkrét megjelenési formája. Adat: az információnak a digitális rendszerekben való konkrét megjelenési formája. Kód: jelek, vagy szimbólumok rendszere Kód: jelek, vagy szimbólumok rendszere Kódszó: a kódok alkotóelemei. Kódszó: a kódok alkotóelemei. Kódolás: két szimbólumhalmaz egymáshoz illesztése. Kódolás: két szimbólumhalmaz egymáshoz illesztése.

55 Kód Az informatikában a kód a program elkészítési formája, az a mód, ahogyan az adott programnyelvben (például Fortran, Java, C++ stb.) megfogalmazzák (forráskód). Az informatikában a kód a program elkészítési formája, az a mód, ahogyan az adott programnyelvben (például Fortran, Java, C++ stb.) megfogalmazzák (forráskód).

56 A kommunikációelméletben azonban a szó jelentése más: az analóg jelek­ből adott időpillanatokban mintát vesznek, amplitúdóját számszerűsítik, majd kódolják Ca latin codicillus = "titkos levél" szóból). A kommunikációelméletben azonban a szó jelentése más: az analóg jelek­ből adott időpillanatokban mintát vesznek, amplitúdóját számszerűsítik, majd kódolják Ca latin codicillus = "titkos levél" szóból).

57 Kódolás Kódolás alatt egy nyelv leképezését értjük egy másik nyelvre, vagyis egy forrásábécé jeleit megfeleltetjük egy célábécé jeleinek (jelsorozatainak). Kódolás alatt egy nyelv leképezését értjük egy másik nyelvre, vagyis egy forrásábécé jeleit megfeleltetjük egy célábécé jeleinek (jelsorozatainak). Pl.: = Az így kapott jelsorozat a szó. Az adott célábécé ilyen módon nyert szavainak összessége a kód. Pl.: = Az így kapott jelsorozat a szó. Az adott célábécé ilyen módon nyert szavainak összessége a kód.

58 Kódolás A kódolás egy jelkészlet egyértelmű hozzárendelése egy másik jelkészlethez. A kódolás egy jelkészlet egyértelmű hozzárendelése egy másik jelkészlethez. Számtalan kódolási lehetőség létezik, mint például: Számtalan kódolási lehetőség létezik, mint például: a BCD Cbinárisan kódolt tízes számrendszerbeli számok), a BCD Cbinárisan kódolt tízes számrendszerbeli számok), a kód, a kód, az Aiken kód, az Aiken kód, a Gray kód stb. a Gray kód stb.

59 PCM kódolás A nagy területre kiterjedő digitális hálózatok (ISDN) és a digitális mobilhálózat bevezetésévei a PCM a legjelentősebb értékszakaszos kódolási eljárássá lépett elő. A nagy területre kiterjedő digitális hálózatok (ISDN) és a digitális mobilhálózat bevezetésévei a PCM a legjelentősebb értékszakaszos kódolási eljárássá lépett elő.

60 PCM kódolás előnyei Mivel kizárólag az impulzusokat közvetítjük ezzel a módszerrel, lehetőség nyílik a zaj és a zavaró tényezők szinte teljes elnyomására (amelyek amplitúdója természetesen nem haladhatja meg a PCM jelet). Mivel kizárólag az impulzusokat közvetítjük ezzel a módszerrel, lehetőség nyílik a zaj és a zavaró tényezők szinte teljes elnyomására (amelyek amplitúdója természetesen nem haladhatja meg a PCM jelet). Mivel kizárólag digitális alaptechnológiát alkalmaz, a PCM áramkörök gyártása olcsó. Mivel kizárólag digitális alaptechnológiát alkalmaz, a PCM áramkörök gyártása olcsó. A digitális kimeneti jelek további feldolgozásra digitális áramkörökben közvetlenül rendelkezésre állnak. A digitális kimeneti jelek további feldolgozásra digitális áramkörökben közvetlenül rendelkezésre állnak.

61 PCM kódolás hátránya túl nagy sávszélesség túl nagy sávszélesség

62 A PCM kódolás 4 fajtája Lineáris PCM Lineáris PCM Dinamikus PCM Dinamikus PCM DPCM (Differential Pulse Code Modulation) DPCM (Differential Pulse Code Modulation) ADPCM (adaptív DPCM) ADPCM (adaptív DPCM)

63 lineáris PCM jellemzői egyforma számszerűsítési időközök, egyforma számszerűsítési időközök, nagyobb felbontás, nagyobb felbontás, alacsony zajszint alacsony zajszint nagy adatsebesség, nagy adatsebesség,

64 dinamikus PCM nem állandó számszerűsítési időközök, nem állandó számszerűsítési időközök, kisebb jelek esetében kisebb. kisebb jelek esetében kisebb. Pl.: logaritmikus lépéstávolság Pl.: logaritmikus lépéstávolság

65 DPCM (Differential Pulse Code Modulation) általában csak kis változás a mintavételi értékek között, általában csak kis változás a mintavételi értékek között, különbségkódolás kevés bittel, különbségkódolás kevés bittel, hivatkozási pontok meghatározott távolságonként, hivatkozási pontok meghatározott távolságonként, gondot a jelszint durva változása okoz (slope overload) gondot a jelszint durva változása okoz (slope overload)

66 ADPCM (adaptív DPCM) "előrelátó" kódolás "előrelátó" kódolás igény szerint különbségek esetén több bitet kell rendelkezésre bocsátani, igény szerint különbségek esetén több bitet kell rendelkezésre bocsátani, aztán újra csökkenteni azok mennyiségét (vagyis "alkalmazkodni" kell; erre utal az "adaptív" szó). aztán újra csökkenteni azok mennyiségét (vagyis "alkalmazkodni" kell; erre utal az "adaptív" szó).

67 A PCM elve a PAM jel az időben szakaszos, de értékfolytonos jelek közé tartozik: végtelen sok amplitúdóértékkel rendelkezik. a PAM jel az időben szakaszos, de értékfolytonos jelek közé tartozik: végtelen sok amplitúdóértékkel rendelkezik. Az "amplitúdó-számszerűsítés" során minden értéket besorolunk egy amplitúdóosztályba. Az "amplitúdó-számszerűsítés" során minden értéket besorolunk egy amplitúdóosztályba.

68 A PCM elve Mivel véges számú ilyen osztály van, minden osztályt leírhatunk (kódolhatunk) bináris számokkal. Mivel véges számú ilyen osztály van, minden osztályt leírhatunk (kódolhatunk) bináris számokkal. Ha ezeket a kódokat egymás után egy átviteli csatornán továbbítjuk, a vevőnek már csak két érték között kell különbséget tenni, a 0 és az 1 között. Ha ezeket a kódokat egymás után egy átviteli csatornán továbbítjuk, a vevőnek már csak két érték között kell különbséget tenni, a 0 és az 1 között.

69 f a = 8 kHz mintavételi frekvencia esetén a beszéd csatornájából minden 125 μs-ban (vagyis 1/8000 Hz- enként) egy-egy amplitúdó-értékhez jutunk. 2 8 (=256) amplitúdó-fokozatnál 8 bites adatszavakat kapunk, 8000 l/s x 8 bit = 64 kbit/s adatsebességgel. Mivel a rendelkezésre álló átviteli csatornák sávszélessége általában nagyobb, egy bit időtartamát kisebbre választhatjuk, így szabad időközhöz jutunk a következő adatszó átviteléig. Ezalatt az "időlyuk" alatt más csatornák adatszavait közvetíthetjük. Példa

70 Példa Az európai postahivatalok PCM-30 rendszere (1975) például 32 csatornát használt: ha 32 csatornát akarunk 125 μs-on belül alkalmazni, az adatsebesség 8000 l/s x 8 bit x 32 = 2,048 Mbit/s lesz.

71 A DPCM formátum alapjai 8 kHz-es mintavételi frekvencia mellett a mintavételi értékek sűrű sorozatával találjuk magunkat szembe, mivel f s = 8 kHz esetén a mintavételi távolság T, = 125 μs. 8 kHz-es mintavételi frekvencia mellett a mintavételi értékek sűrű sorozatával találjuk magunkat szembe, mivel f s = 8 kHz esetén a mintavételi távolság T, = 125 μs. azaz az egymást követő mintavételi értékek nem sokban különböznek az előttük állótól. azaz az egymást követő mintavételi értékek nem sokban különböznek az előttük állótól. Így könnyen jutunk arra a következtetésre, hogy a mintavételi értékek helyett csak különbségeiket közvetítsük. Ez a különbség alapú impulzuskód­moduláció, vagyis a DPCM (Differential Pulse Code Modulation) alapja. Így könnyen jutunk arra a következtetésre, hogy a mintavételi értékek helyett csak különbségeiket közvetítsük. Ez a különbség alapú impulzuskód­moduláció, vagyis a DPCM (Differential Pulse Code Modulation) alapja.

72 Az ADPCM formátum alapjai Mivel a jelek (például egy beszédhang-jel) statisztikai tulajdonságai állandóan változhatnak, "nyereségünk" a DPCM eljárással igen csekély. Mivel a jelek (például egy beszédhang-jel) statisztikai tulajdonságai állandóan változhatnak, "nyereségünk" a DPCM eljárással igen csekély. Így vetődött fel az ötlet, hogy az előrejelzési együtthatót adott időközönként (körülbelül minden 10 μs-onként) újra kiszámítsák, hogy ezek mindig a legfrissebb jelhez alkalmazkodjanak. Ezért lett ezen eljárás neve alkalmazkodó különbség alapú impulzuskód-moduláció, vagyis ADPCM. Így vetődött fel az ötlet, hogy az előrejelzési együtthatót adott időközönként (körülbelül minden 10 μs-onként) újra kiszámítsák, hogy ezek mindig a legfrissebb jelhez alkalmazkodjanak. Ezért lett ezen eljárás neve alkalmazkodó különbség alapú impulzuskód-moduláció, vagyis ADPCM.

73 Ellenőrző kérdések (igaz, vagy hamis?) 1. A tisztán analóg jel egy folyamatos eseményt folyamatos függvényekké képez le. 2. Az s = s(t) jelben a t idő a függő változó, és az s amplitúdó a független változó. 3. A jel akkor előre jelezhető, amikor az információtartalom a legnagyobb. 4. Az előre jelezhető jelek az információs rendszerekszempontjából fontosabbak, mint az előre nem jelezhetők. IGAZ HAMIS

74 Ellenőrző kérdések (igaz, vagy hamis?) 5. Az egyenletes szélessávú zaj statisztikai valószínűségen alapuló jel, és Fourier nyomán részjelekre bontható. 6. A impulzus-amplitúdó moduláció (PAM) értékfolytonos és időszakaszos mintavételi jel, amely zavarokra érzékeny. 7. A digitális jelek esetében a mintavételi értékeket a kétértékű logika szerint kódoljuk. HAMIS IGAZ

75 Ellenőrző kérdések (igaz, vagy hamis?) 8. Shannon mintavételi elmélete szerint a mintavételi frekvenciának pontosan kétszeresének kell lennie a legnagyobb jelfrekvenciának. 9. Alul-mintavételezéskor hamisítás (aliasing effect) lép fel, amely tartományon belüli átfedésekhez vezet. 10. A PCM nagy előnye, hogy annak köszönhetően, hogy kizárólag impulzusokat közvetít, nagymértékben sikerül a zajokat kiküszöbölni. HAMIS IGAZ

76 Feleletválasztós kérdések (Több helyes válasz is lehetséges) 1. A digitális jel... a) érték- és időszakaszos jel. b) csak kódolt, különálló jelekből áll. c) lényegében mindig előre jelezhető. d) jelparamétere a t idő. Helyes válaszok: a, b

77 Feleletválasztós kérdések (Több helyes válasz is lehetséges) 2. Az előre nem jelezhető jelek... a) az információközvetítés szempontjából értéktelenek. b) véletlenszerű viselkedésük folytán statisztikai valószínűségen alapulnak. c) például az egyenletes szélessávú zajok. d) képernvős készülékeken ábrázolhatók. Helyes válaszok: b, c, d

78 Feleletválasztós kérdések (Több helyes válasz is lehetséges) 3. Az értékfolytonos, időszakaszos mintavételi jel… a) neve másképp PCM (impulzus-kód moduláció). b) zavarokra érzékeny, mivel az információ az amplitúdóban rejlik. c) analóg kapcsoló segítségével könnyedén létrehozható. d) előállítása mintavételezéssel és amplitúdó- számszerűsítéssel történik. Helyes válaszok: b, c

79 Feleletválasztós kérdések (Több helyes válasz is lehetséges) 4. A digitális jelek hibáinak oka... a) a mintavételi elmélet megsértése. b) az alul-mintavételezés. c) a felül-mintavételezés. d) az adatok leképezése véges pontossággal. Helyes válaszok: a, b, d

80 Feleletválasztós kérdések (Több helyes válasz is lehetséges) 5. Az információrendszerek kódolási módszere elsősorban… a) egyedi kódolás, például Aiken, b) PCM. c) PAM. d) POM. Helyes válaszok: b

81 Feleletválasztós kérdések (Több helyes válasz is lehetséges) 6. A PCM-re jellemző, hogy...a a) a zavaró jelek lényegében teljesen kiküszöbölhetők. b) a kiemelkedő impulzusok lényegében teljesen kiküszöbölhetők. c) analóg alaptechnológiát alkalmaznak. d) a mintavételi elméletet át lehet hágni. Helyes válaszok: a

82 Feleletválasztós kérdések (Több helyes válasz is lehetséges) 7. A PCM... a) alapja a PAM, utólagos kódolással. b) a legfontosabb értékszakaszos kódolási eljárás. c) nagy adatsebességet igényel. d) sokféleképp alkalmazható. Helyes válaszok: a, b, c, d

83 Feleletválasztós kérdések (Több helyes válasz is lehetséges) 8. A PAM... a) gyakorlatilag a PCM helyettesítője. b) technikailag nehezen megvalósítható c) csekély sávszélességet igényel. d) nem érzékeny a zavarokra. Helyes válaszok: a, b, c

84 Gyakorlatok Hasonlítsunk össze különböző kódolási eljárásokat! Vizsgáljuk meg a hasonlóságokat és különbségeket, az előnyöket és hátrányokat! Hasonlítsunk össze különböző kódolási eljárásokat! Vizsgáljuk meg a hasonlóságokat és különbségeket, az előnyöket és hátrányokat! Keressünk rá az Interneten a kódolás szóra! Hasonlítsuk össze a különböző nézőpontokat és meghatározásokat! Keressünk rá az Interneten a kódolás szóra! Hasonlítsuk össze a különböző nézőpontokat és meghatározásokat! Keressük meg környezetünkben azokat a készülékeket, amelyek analóg, és azokat, amelyek digitális jeleket alkalmaznak! Keressük meg környezetünkben azokat a készülékeket, amelyek analóg, és azokat, amelyek digitális jeleket alkalmaznak!

85 Vitatandó kérdések Vitassuk meg - Samuel Morse gondolataiból kiindulva - a különböző kódolási eljárások jelentőségét és várható szerepüket a jövőben! Vitassuk meg - Samuel Morse gondolataiból kiindulva - a különböző kódolási eljárások jelentőségét és várható szerepüket a jövőben! Vitassuk meg Shannon mintavételi elméletét! Ki lehet küszöbölni a problémát? Vitassuk meg Shannon mintavételi elméletét! Ki lehet küszöbölni a problémát? Gondolkodjunk el a jeltechnika jövőjéről! Milyen szerepe lesz a digitális jeleknek a jövőben? Teljesen „bekebelez” majd minket a digitális világ? Gondolkodjunk el a jeltechnika jövőjéről! Milyen szerepe lesz a digitális jeleknek a jövőben? Teljesen „bekebelez” majd minket a digitális világ?

86 A jelek és a kódolás története évszámokban i.e A rómaiak tűzjelekkel jelzik a veszélyt. i.e A rómaiak tűzjelekkel jelzik a veszélyt. i.e Polübiosz pontosabban kidolgozott "tűztávírási" kódolást fejleszt ki. i.e Polübiosz pontosabban kidolgozott "tűztávírási" kódolást fejleszt ki Morse kódolási eljárását információtovábbításra alkalmazza a Washington-Baltimore távíróvonalon Morse kódolási eljárását információtovábbításra alkalmazza a Washington-Baltimore távíróvonalon.

87 A jelek és a kódolás története évszámokban Bourseul leírja az elektromos hangjelek közvetítésével kapcsolatos technikai problémákat Bourseul leírja az elektromos hangjelek közvetítésével kapcsolatos technikai problémákat Baudot eljárásai Baudot eljárásai Edison távírója időosztásos eljárással Edison távírója időosztásos eljárással Négy telefonjel egy vezetéken (fantomkapcsolás) Négy telefonjel egy vezetéken (fantomkapcsolás).

88 A jelek és a kódolás története évszámokban Képtávíró. Képtávíró Televíziós jelek első közvetítése Televíziós jelek első közvetítése A jelközvetítés forradalma: Reeves (ITT) PCM kódolása A jelközvetítés forradalma: Reeves (ITT) PCM kódolása ENIAC, az első digitális számítógép, MIT (USA) ENIAC, az első digitális számítógép, MIT (USA).

89 A jelek és a kódolás története évszámokban Szputnyik-sokk: a digitális jelfeldolgozás iránti érdeklődés nő Szputnyik-sokk: a digitális jelfeldolgozás iránti érdeklődés nő A DEC (Digital Equipment Corp.) megjelenik az első miniszámítógéppel, a PDP- 8-cal A DEC (Digital Equipment Corp.) megjelenik az első miniszámítógéppel, a PDP- 8-cal Az Intel első digitális jelfeldolgozó mikroprocesszora Az Intel első digitális jelfeldolgozó mikroprocesszora Üvegszálas optikai rendszer többmódú („multimode”) üvegszállal Üvegszálas optikai rendszer többmódú („multimode”) üvegszállal.

90 A jelek és a kódolás története évszámokban A német postánál alkalmazni kezdik a PCM 30 E rendszert A német postánál alkalmazni kezdik a PCM 30 E rendszert A digitális átvitel kezdete a távbeszélésben A digitális átvitel kezdete a távbeszélésben DATEX-P csomagkapcsolt átvitel Németországban DATEX-P csomagkapcsolt átvitel Németországban Az ISDN-tesztek kezdete Németországban Az ISDN-tesztek kezdete Németországban.

91 A jelek és a kódolás története évszámokban német városban megjelenik az ISDN német városban megjelenik az ISDN A digitális rádiótelefonok GSM jelszabványa megjelenik A digitális rádiótelefonok GSM jelszabványa megjelenik Televíziók digitális jelközvetítése (HDTV) Televíziók digitális jelközvetítése (HDTV) Szélessávú információs hálózaton keresztüli jelközvetítés Szélessávú információs hálózaton keresztüli jelközvetítés.

92 Köszönöm a figyelmet!


Letölteni ppt "Multimédia M1: Információ és kommunikáció M2: Jelek és kódolás M3: Hangtechnika M4: Képtechnika M6: Multimédia az Interneten M5: Mozgóképtechnika."

Hasonló előadás


Google Hirdetések