1 / 76

Kommunikációs rendszerek

Kommunikációs rendszerek. Kommunikáció-technikai mérnök szak 2001/2002. Bevezetés. A kommunikáció kulcseleme: az átviteli csatorna. M I É R T ? -Az átvitel elektromos vagy optikai jel form ájában. -Sávszélesség/Kapacitás -A média fizikai korlátai. Ok : a m ennyiség.

karsen
Download Presentation

Kommunikációs rendszerek

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Kommunikációs rendszerek Kommunikáció-technikai mérnök szak 2001/2002

  2. Bevezetés

  3. A kommunikáció kulcseleme: az átviteli csatorna M I É R T ? -Az átvitel elektromos vagy optikai jel formájában. -Sávszélesség/Kapacitás -A média fizikai korlátai.

  4. Ok : a mennyiség A studiókban használatos nyers VIDEO adatfolyam kb.216 Mbit/s A nyers AUDIO adatfolyam kb.1.5 Mbit/s Egyetlen műsor ilyen formában történő továbbítása kb. tíz földi vagy hat műholdas csatornát venne igénybe.

  5. Ok: a formátum • Az észlelt jelenségek (szín, hőfok, hang stb.) eredeti megjelenési formájukban nehezen továbbíthatóak. • Egyes elektromos (újabban optikai) mennyiségek nagy távolságra, jó hatásfokkal történő továbbítására kiforrott eszközök és módszerek. • Célszerű minden továbbítandó információt elektromos jellé alakítani, a célbaéréskor pedig az elektromos jeleket észlelésre alkalmas formába visszaalakítani.

  6. A cél: 1.A kommunikációs rendszer célja az eredeti információnak a vevőoldalon a lehető legnagyobb hűséggel történő helyreállítása. 2.Alkalmas technikai megoldások révén biztosítani a különféle szempontok közötti egyensúlyt

  7. Konvergencia multimedia internet PC PC - TV Internet (broadband) TV Digital TV TV rádió műsorszórás telefonia

  8. Alapfogalmak

  9. A kommunikáció • Köznapi értelemben széles jelentéstartalom:közlés, híradás • Példák: méhek, siketek jelbeszéde, a nyelv • Mint technikai feladat: • az információ ezer alakban jelenhet meg, • de minden csatorna csak jól meghatározott típusú, a csatornára nézve specifikus információkat tud továbbítani. • ezért az üzenetet mindig olyan jelekké kell átalakítanunk, amelyek a rendelkezésünkre álló csatornán átvihetők.

  10. A kommunikáció általános sémája • A kommunikáció az információ szándékolt átadása jelek rendszeréből választott jel létrehozása és észlelése által.

  11. Az információ • Köznapi értelemben:tájékoztatás, felvilágosítás, értesülés, hír.Számít a jelentése, adott helyzetben történő értelmezése. • Technikai értelemben: (Shannon, 1948)A bizonytalanság mértékének csökkentője.

  12. Az információ mértéke • Az információtartalom = az üzenet egyértelmű ábrázolásához szükséges és elégséges döntések száma. • Mértékegysége a „bit” .(binary digit) • Egy bit információ megfelel két egyformán valószínű lehetőség közötti választásnak. • 1 Kb = 1024 bit • 1 Mb = 1024 Kb • 1 Gb = 1024 Mb

  13. Az információ mértéke • Tételezzük fel egy eszközt, amely nyolcféle jel(A,B,C,D,E,F,G,H) kibocsátására képes. • Amíg a következő jel megérkezésére várunk, bizonytalan, hogy melyik fog érkezni, így mindegyik érkezésének valószínűsége p=0.125 • Amint egy jel érkezik, a bizonytalanság mértéke csökken, mert információhoz jutottunk. • Az információ mértéke a nyolc lehetséges jelre: • H = log2(M) = log2(8) = 3 bit

  14. Az információ osztályozása • Jelentése szerint • Adat /szövegesinformáció • Képi információ • Idő alapú információ • Audio • Video

  15. Az információ osztályozása • Ismeret tartalma szerint: • irreleváns (nem fontos) • releváns (fontos) • redundáns(már ismert) • nem redundáns (ismeretlen)

  16. A redundancia Az optimális kód adott mennyiségű információt a lehető legkevesebb jellel fejezi ki.Ha az üzenetet ennél több jellel fejezzükki, redundánssá válik. • A vevő számára csak az információ releváns, nem redundáns része érdekes (ez jelent újdonságot). A forráskódolás során az információtömörítés olyan módját kell alkalmazni, amely az irreleváns és redundáns tartalmat lehetőleg kiküszöböli, ezzel • Csökkenti • A sávszélességet • Az adó igénybevételt • A tárolókapacitást/ átviteli időt • Az üzenet redundanciája (eltérően a forrás redundaciájától) növeli az üzenet hibamentes rekonstrukciójának valószínűségét.

  17. A hírközlési csatorna • berendezés, amely képes a bemenetelnél információt felvenni, és a kimenetelnél leadni. Fizikai valójukban a csatornák nagyon sokfélék lehetnek: a levegő, a telefonvezeték, az optikai üvegszál, az élőlények idegszálai, a könyv, a videolemez stb. • Osztályozás • A térbeli csatornák a tér valamelyik pontjából egy­vagy több másik pontjába ( például a telefonvezeték) • az időbeli csatornák a T időponttól a (T + t) időpontba például a videolemez) • szállítják az információkat.A tér­ és időbeli csatornákat szokás késleltetés nélkül és késleltetéssel működő csatornáknak is nevezni. Előbbiek maghatározott sebességgel, s ahogy nevük is mutatja, késleltetés nélkül szállítják az üzeneteket, utóbbiak pedig tetszőleges ideig tárolják, azaz késleltetik az üzenet továbbadását. • Osztályozás • Pont- pont közötti (hírközlő) • Pont-több pont közötti (műsorszóró)

  18. A jel

  19. A jel fogalma • Az (x) információ fizikai megjelenési formája. • A jel valamely fizikai állapothatározó mennyiség minden olyan értéke vagy értékváltozása, amely egyértelműen hozzárendelt információ szerzésére, továbbítására vagy tárolására alkalmas. • Üzenet az adó által a rendelkezésére álló jelkészletből kiválasztott és összeállított jelek sorozata.

  20. A jelek felosztása I. • Értékkészlet alapján • Folytonos: az értelmezési tartományán belül minden értéket felvehet. • Szakaszos: csak meghatározott (diszkrét) értékeket vehet fel(ritkán analóg, digitális mindig)

  21. A jelek felosztása II. • Az időbeli lefolyás szerint • Folyamatos: a jel értéke adott időtartomány bármelyik időpontjában változhat. • Szaggatott: a jel értéke csak bizonyos (diszkrét) időközönként és időtartamban szolgáltat információt.(ritkán analóg, gyakran mintavétel során )

  22. Diszkrét és folytonos jelek • diszkrét=nem folytonos, szakadásos, elkülönült tagokból álló • kvantálás =a rendszer vagy folyamat jellemző fizikai mennyisége lehetséges értékeinekmeghatározása

  23. A jelek felosztása III. • Az információ megjelenési formája szerint • analóg: a jelhordozó értéke vagy értékváltozása közvetlenül képviseli az információt. (Többnyire értékkészlet és időbeli lefolyás szerint folytonos jel) • digitális: a jelhordozó diszkrét, számjegyeket kifejező jelképi kódjai képviselik az információt.

  24. A jelek felosztása IV. • Az érték meghatározottsága szerint • determinisztikus: a jel, ha mindenkori értéke meghatározott időfüggvénnyel egyértelműen megadható. • sztochasztikus: a jel ha értéke véletlen hatások által befolyásolt, szabálytalan lefolyású, leírása csak valószínűségszámítási módszerekkel lehetséges.

  25. Folytonos jelek

  26. x(t) t Időtartománybeli leírás • Az időfüggvénnyel ábrázolható, folytonos, determinisztikus jelek „leírási bonyolultsága”: • Szinuszos jelek • Periodikus jelek • Nem periodikus jelek

  27. A szinuszos jel • Jellemzői • periódusidő T • frekvencia f = 1/T • amplitudó S(t) • fázis 

  28. Periódikus jel • Ha létezikx(t+T) = x(t)ahol T az alapfrekvencia periódusideje.

  29. Periódikus jel szintézise 0

  30. Periódikus jel szintézise 1

  31. Periódikus jel szintézise 2

  32. Periódikus jel szintézise 3

  33. Fourier felbontás Fourier: minden periódikus jel előállítható alkalmasan megválasztott szinuszos (koszinuszos) jelek összegeként.(gyakran végtelen sok tagból)

  34. Frekvencia tartománybeli leírás • Aperiódikus négyszög jelet előállító végtelen sor: együtthatói grafikusan is ábrázolhatóak:

  35. Jelek spektrális ábrázolása • A periódikus függvény frekvenciaspektruma a Fourier-sorba fejtés együtthatóiból származó diszkrét értékekből áll. (vonalas spektrum) • A periódikus függvény egyértelmű leírásához a diszkrét amplitudóspektrum és a diszkrét fázisspektrum is szükséges.

  36. Kommunikációs rendszerek Anyagrész vége

  37. The greater the information in a message, the lower its randomness, or noisiness, and hence the smaller its entropy. Since the information content is, in general, associated with a source that generates messages, it is often called the entropy of the source. Often, because of constraints such as grammar, a source does not use its full range of choice. A source that uses just 70% of its freedom of choice would be said to have a relative entropy of 0.7. The redundancy of such a source is defined as 100% minus the relative entropy, or, in this case, 30%

  38. Sampler Analog/ Digital Digitizing Analog Waveforms • Sampling • Measure signal value at regular time intervals • dt = 1/ Sampling frequency • Nyquist Theorem • Must sample at ≥ 2 * highest frequency signal component • Otherwise get “aliasing” between low and high frequency values • Analog to Digital Conversion • Convert each sample into k-bit value • Limits dynamic range • Low resolution gives “quantization error”

  39. Information and redundancy Redundánsinformaciótartalom Entropia– hasznos informació Teljes információ tartalom

  40. Entropy definition • Entropy is a measure of uncertainty of a random variable • let X be a discrete random variable with alphabet  and probability mass function p(x) • The entropy of a discrete random variable is then defined:

  41. Entropy • If the log is log 2 base 2 • entropy is in bits/symbol • it is known as the average information or the uncertainty of occurrence of a symbol

  42. Die Entropie beschreibt den Informationsgehalt der Quelle. Die bin¨ are Entropie • H =-pi *log2pi • (pi: Wahrscheinlichkeit des i: Symbols von n) gibt an, wieviele Bits pro Symbol minimal ben¨ otigt wer-den, • um die Information vollst¨ andig zu kodieren. Je ungleichm¨ aßiger die Wahrscheinlichkeiten verteilt • sind, desto kleiner wird die Entropie.

  43. Terminológia • A jelek átalakítását kódolásnak nevezzük • a kód egy olyan leképzési előírás, amely egy jelkészletet egy másik jelkészletbe visz át, s a kódolás ennek az előírásnak a végrehajtása

  44. TÖMÖRÍTÉS Lossless and Lossy Coding • Lossless methods can be based on – Predictive coding – Entropy coding • Lossy methods can be based on – Transform coding (DCT, wavelets, subband decomposition...) – Vector quantization – Shape/ model based coding – Fractals – Entropy coding

  45. Terminology • Physical versus logical • Physical • Performed on data regardless of what information it contains • Translates a series of bits to another series of bits • Logical • Knowledge-based • Change United Kingdom to UK

  46. Terminology • Symmetric • Compression and decompression roughly use the same techniques and take just as long • Data transmission which requires compression and decompression on-the-fly will require these types of algorithms

  47. Terminology • Asymmetric • Most common is where compression takes a lot more time than decompression • In an image database, each image will be compressed once and decompressed many times • Less common is where decompression takes a lot more time than compression • Creating many backup files which will hardly ever be read

  48. Terminology • Non-adaptive • Contain a static dictionary of predefined substrings to encode which are known to occur with high frequency • Adaptive • Dictionary is built from scratch

  49. Terminology • Semi-adaptive • In pass 1, an optimal dictionary is constructed • In pass 2, the actual compression occurs

  50. Terminology • Lossless • decompress(compress(data)) = data • Lossy • decompress(compress(data))  data • A small change in pixel values may be invisible, however

More Related