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.
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.