Данные могут быть представлены в аналоговой или цифровой форме. Компьютеры используют цифровую форму для хранения информации. Поэтому данные должны быть преобразованы в цифровую форму, чтобы их можно было использовать на компьютере.
Цифро-цифровое кодирование
Цифро-цифровое кодирование - это представление цифровой информации цифровым сигналом. Когда двоичные 1 и 0, генерируемые компьютером, преобразуются в последовательность импульсов напряжения, которые могут распространяться по проводам, этот процесс называется цифро-цифровым кодированием.
Цифро-цифровое кодирование делится на три категории:
- Униполярное кодирование
- Полярное кодирование
- Биполярное кодирование
Униполярный
- Цифровая система передачи посылает импульсы напряжения по средней линии связи, такой как провод или кабель.
- В большинстве типов кодирования один уровень напряжения представляет 0, а другой уровень напряжения представляет 1.
- Полярность каждого импульса определяет, является ли он положительным или отрицательным.
- Этот тип кодирования известен как униполярное кодирование, поскольку он использует только одну полярность.
- В униполярном кодировании полярность назначается двоичному состоянию 1.
- В этом 1 представлены как положительное значение, а 0 представлены как нулевое значение.
- В униполярном кодировании «1» рассматривается как высокое напряжение, а «0» - как нулевое напряжение.
- Униполярное кодирование проще и дешевле в реализации.
У униполярного кодирования есть две проблемы, которые делают эту схему менее желательной:
- Компонент постоянного тока
- Синхронизация
Полярное
- Полярное кодирование - это схема кодирования, которая использует два уровня напряжения: один положительный, а другой отрицательный.
- Используя два уровня напряжения, средний уровень напряжения уменьшается, и проблема компонента постоянного тока схемы униполярного кодирования облегчается.
NRZ
NRZ означает невозвратный ноль.
В кодировании NRZ уровень сигнала может быть представлен как положительным, так и отрицательным.
Два наиболее распространенных метода, используемых в NRZ:
NRZ-L: в кодировании NRZ-L уровень сигнала зависит от типа бита, который он представляет. Если бит равен 0 или 1, то их напряжения будут положительными и отрицательными соответственно. Следовательно, можно сказать, что уровень сигнала зависит от состояния бита.
NRZ-I: NRZ-I является инверсией уровня напряжения, который представляет 1 бит. В схеме кодирования NRZ-I происходит переход между положительным и отрицательным напряжением, которое представляет 1 бит. В этой схеме 0 бит представляет отсутствие изменений, а 1 бит представляет изменение уровня напряжения.
RZ
RZ расшифровывается как Return to zero.
Для достижения синхронизации должно быть изменение сигнала для каждого бита. Однако для изменения каждого бита нам нужно иметь три значения: положительное, отрицательное и ноль.
RZ - это схема кодирования, которая предоставляет три значения, положительное напряжение представляет 1, отрицательное напряжение представляет 0, а нулевое напряжение не представляет ничего.
В схеме RZ, в середине каждого интервала, сигнал возвращается к нулю.
В схеме RZ 1 бит представлен положительным нулем, а 0 бит представлен отрицательным нулем.
Недостаток РЗ:
Он выполняет два изменения сигнала для кодирования одного бита, который получает большую полосу пропускания.
Двухфазный
Это схема кодирования, в которой сигнал изменяется в середине битового интервала, но не возвращается к нулю.
Двухфазное кодирование реализуется двумя различными способами:
Манчестер
- Он изменяет сигнал в середине битового интервала, но не возвращается к нулю для синхронизации.
- В манчестерском кодировании переход с отрицательного на положительный представляет двоичный 1, а с положительного на отрицательный - 0.
- Манчестер имеет тот же уровень синхронизации, что и схема RZ, за исключением того, что он имеет два уровня амплитуды.
Дифференциальный Манчестер
- Он изменяет сигнал в середине интервала битов для синхронизации, но наличие или отсутствие перехода в начале интервала определяет бит. Переход означает двоичный 0, а не переход означает двоичный 1.
- В схеме манчестерского кодирования два изменения сигнала представляют 0, а одно изменение сигнала представляет 1.
Биполярный
Схема биполярного кодирования представляет три уровня напряжения: положительный, отрицательный и нулевой.
В данной схеме нулевой уровень представляет двоичный 0, а двоичный 1 представлен переменным положительным и отрицательным напряжениями.
Если первый 1 бит представлен положительной амплитудой, то второй 1 бит представлен отрицательным напряжением, третий 1 бит представлен положительной амплитудой и так далее. Это чередование также может происходить, даже если 1 бит не является последовательным.
Биполярный может быть классифицирован как:
AMI
AMI означает альтернативную инверсию метки, где работа с метками происходит из телеграфии, что означает 1. Таким образом, она может быть переопределена как альтернативная инверсия 1.
В схеме биполярного кодирования AMI, 0 бит представлен нулевым уровнем, а 1 бит представлен переменным положительным и отрицательным напряжениями.
Преимущество:
- Компонент постоянного тока равен нулю.
- Последовательность битов 1 с синхронизируется.
Недостаток:
Эта схема кодирования не обеспечивает синхронизацию длинной строки битов 0 с.
B8ZS
B8ZS означает биполярное 8-нулевое замещение.
Данный метод принят в Северной Америке для обеспечения синхронизации длинной последовательности битов 0 с.
В большинстве случаев функциональность B8ZS аналогична биполярному AMI, но единственное отличие состоит в том, что он обеспечивает синхронизацию, когда возникает длинная последовательность битов 0 с.
B8ZS обеспечивает синхронизацию длинной строки 0 с помощью принудительного искусственного изменения сигнала, называемого нарушениями, в пределах последовательности 0 строк.
Когда приходит сигнал восьми 0, тогда B8ZS реализует некоторые изменения в строковом шаблоне 0 с, основываясь на полярности предыдущего 1 бита.
Если полярность предыдущего 1 бита положительна, восемь 0 будут закодированы как ноль, ноль, ноль, положительный, отрицательный, ноль, отрицательный, положительный.
Если полярность предыдущего 1 бита отрицательна, то восемь нулей будут закодированы как ноль, ноль, ноль, отрицательный, положительный, ноль, положительный, отрицательный.
HDB3
HDB3 означает биполярный 3 высокой плотности.
Технология HDB3 была впервые применена в Европе и Японии.
Технология HDB3 предназначена для обеспечения синхронизации длинной последовательности битов 0 с.
В методике HDB3 схема нарушения основана на полярности предыдущего бита.
Когда возникают четыре 0, HDB3 просматривает количество битов 1 с момента последней замены.
Если число битов 1 с является нечетным, то нарушение совершается четвертым последовательным из 0. Если полярность предыдущего бита положительна, то нарушение является положительным. Если полярность предыдущего бита отрицательная, то нарушение отрицательное.
Если число бит 1 с момента последней замены нечетно.
Если число битов 1 с является четным, то нарушение производится на месте первого и четвертого последовательных 0. Если полярность предыдущего бита положительная, то нарушения отрицательные, а если полярность предыдущего бита отрицательная, то нарушения положительные.
Если число битов 1 с момента последней замены является четным.
АНАЛОГОВО-ЦИФРОВАЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
Когда аналоговый сигнал оцифровывается, это называется аналого-цифровым преобразованием.
Предположим, что человек посылает голос в виде аналогового сигнала, нам нужно оцифровать аналоговый сигнал, который менее подвержен помехам. Это требует уменьшения количества значений в аналоговом сообщении, чтобы они могли быть представлены в цифровом потоке.
При аналого-цифровом преобразовании информация, содержащаяся в форме непрерывной волны, преобразуется в цифровые импульсы.
Методы аналого-цифрового преобразования
РАМ
PAM обозначает импульсную амплитудную модуляцию.
PAM - это метод, используемый в аналого-цифровом преобразовании.
Метод PAM берет аналоговый сигнал, дискретизирует (от слова дискретный) его и генерирует серию цифровых импульсов на основе результата выборки, где выборка означает измерение амплитуды сигнала через равные интервалы.
Техника PAM бесполезна в передаче данных, поскольку она преобразует исходную форму волны в импульсы, но эти импульсы не являются цифровыми. Чтобы сделать их цифровыми, методика PAM модифицирована для методики PCM.
PCM
PCM расшифровывается как импульсная кодовая модуляция.
Методика PCM используется для изменения импульсов, создаваемых PAM, для формирования цифрового сигнала. Для этого PCM квантует импульсы PAM. Квантование - это процесс присвоения целочисленных значений в определенном диапазоне выборочным экземплярам.
PCM состоит из четырех отдельных процессов: PAM, квантование, двоичное кодирование и цифро-цифровое кодирование.