信号コーディング。 デジタル信号をコーディングする方法
エンコードの過程で、APMレベルによって量子化された各サンプルの振幅は、シンボルを含むバイナリシーケンスの形式で表されます（ビットコードの組み合わせ）。 最も単純な場合の組み合わせの構造を決定するには、量子化ステップで表されたバイナリコードでAIMサンプルの振幅を書き留める必要があります。この場合、関係を使用できます。
ここで、a、=（0、1）は、組み合わせの対応するビットの状態です。 条件付き量子化ステップでの対応するビットの重みです。
たとえば、= 5、および= 26の場合、コードの組み合わせの構造は11010になります（最初のビットは重みで最も重要です）。したがって、akです。 ビットコードのシーケンスは、デジタルとも呼ばれるPCMベースバンド信号です。
図では。 5.16は、5ビットのバイナリコードを使用する場合のエンコードプロセスを説明するタイミング図を示しています。 エンコーダの入力に到達するサンプルの振幅、 この場合= 0〜31の条件付き量子化ステップの範囲の値を取ることができ、エンコーダーの出力で、5ビットコードの組み合わせのシーケンスであるPCMを使用したデジタル信号が生成されます。
上に示したように、量子化が不均一な電話信号を高品質で送信するには、8ビットコード（= 8、均一な1〜12ビット（= 12））を使用する必要があります。実際には、バイナリ次のタイプのコードが使用されます：自然バイナリ、コード、対称バイナリコード、反射バイナリコード（灰色のコード）。
対称バイナリコードは、主にバイポーラ信号（電話など）をコーディングするときに使用されます。 図では。 2.17は、コードの構造と、このコードに対応するコードテーブルを示しています。 すべての正のIサンプルの場合、符号記号の値は1で、負のIサンプルの場合は0です。I振幅が等しい正と負のサンプルの場合、コードの組み合わせの構造は完全にIと一致します（符号ビットを除く）。つまり、コードは対称です... たとえば、最大の正の信号はコード11111111に対応し、最大の負の信号は01111111です。 量子化ステップの絶対値■自然なバイナリコードは、主にユニポーラ信号をエンコードするときに使用されます。 図では。 2.18は、コードの構造と、このコードに対応するコードテーブル（= 8）を示しています。
米。 2.17。 フォルミロワ n対称バイナリコードなし
明らかに、さまざまな構造の組み合わせの数は256であり、最小信号は組み合わせ00000000に対応し、最大信号は-11111111、量子化ステップの絶対値です。
自然なバイナリコードの助けを借りて、双極信号をエンコードすることが可能であり、のような予備的な変位を提供します。 図に示す 5.17。 この場合、明らかに、エンコードされたサンプルの振幅が変化し、対称コードを使用する場合は量子化ステップで表されるサンプルの振幅から、自然コードを使用する場合は同じサンプルの振幅に、またはその逆に遷移します。次のように実行できます（図2.17および2.18）。
自然で対称的なバイナリコードが最も単純です。 自然コードと対称コードの両方で、シンボルの1つにエラーがあると、信号に大きな歪みが生じる可能性があります。 11010011のようなコードの組み合わせで、5番目のビットでエラーが発生した場合。 つまり、11000011の組み合わせが受け入れられた場合、サンプルの振幅は、16の条件付き量子化ステップによって真の値よりも小さくなります。 線形および非線形の符号化および復号化デバイスを構築する原理を検討してください。 線形符号化とは、均一に量子化された信号の符号化と、不均一に量子化された信号の非線形符号化を指します。 エンコーダで生成されたコードは、mビットコードグループに含まれる信号がエンコーダの異なる出力に同時に現れ、エンコーダの各出力が特定のビットの信号に対応する場合、パラレルと呼ばれます。 に含まれるすべての信号の場合、コードはシーケンシャルと呼ばれます t回行コードグループ、タイムシフトと交互に1つのエンコーダ出力に表示されます。
米。 2.18。 自然なバイナリコード生成
並列コードは、時間内にパルスのシフトを提供する論理回路（たとえば、シフトレジスタ）を使用して、シーケンシャルに変換でき（図2.19、i）、またはその逆に変換できます（図2.19.6）。
米。 2.19。 変換の原理図。 2.20。 シーケンシャル重み付け（a）およびその逆のリニアエンコーダビット並列コード （b）
レジスタからの情報の書き込みと読み取りは、発電装置からの信号の制御下で実行されます。
動作原理により、エンコーダはカウントタイプ、マトリックス、重み付けタイプのコーダなどに分けられます。DSPでは、重み付けタイプのコーダが最もよく使用されますが、最も単純なのはビット単位の重み付けコーダです（図2.20）。自然なバイナリコードが形成される出力で。 このようなエンコーダの動作原理は、エンコードされたサンプルと、特定の重みを持つ基準電流（電圧）の合計とのバランスを取ることです。 ビット単位均等化リニアエンコーダ回路には8つのセル（= 8）が含まれており、対応するビット（1または0）の値を形成します。 各セル（最後のセルを除き、重量で最下位ビットに対応）には、CC比較回路（コンパレータ）と減算回路（SV）が含まれています。
比較回路は、入力AIM信号の振幅を参照信号と比較します。参照信号の振幅は、次のセルの入力に対応するビットの重みに対応します。入力での信号振幅が小さい場合、出力は0（空白）を形成し、信号は変更なしで通過します。次のサンプルのコーディングプロセス。したがって、コーディングプロセスは計量操作に対応します（コーディングプロセスでのコーディングされたサンプルの振幅は、合計によってバランスが取られます。 参考値対応する数字）。
たとえば、振幅のあるサンプルがエンコーダの入力に到着した場合、CCbは= 1を形成し、振幅のある信号は7番目のセルの入力に到着します。 出力では= 0を受信し、同じ振幅の信号がエンコーダの3番目のセルの入力で受信されます。 SS 6の出力では、= 1が得られ、次のセルの入力などで= 1 =の信号が受信されます。その結果、形式10101110のコードの組み合わせが形成されます（最初のビットは重量で最も重要）。
エンコーダでバイポーラ信号をコーディングする場合、正と負のサンプルをコーディングするために2つのリファレンスシェーピング回路（FE）が必要です。
信号をデコードするプロセスでは、ビットコードの組み合わせが対応する振幅を持つAIMサンプルに変換されます。 デコーダの出力での信号は、値が1であるコードの組み合わせのビットの参照信号（）を合計することによって取得できます。したがって、コードの組み合わせ10101110がデコーダの入力に到達すると、デコーダーの出力でのPIMカウントの振幅=174δ
米。 2.21線形計量デコーダー-図。 2.22ラインエンコーダ
フィードバックタイプ
重み付け型リニアデコーダのブロック図を図に示します。 2.21。 発電装置からの制御信号の影響下で、次の8ビットのコードの組み合わせがシフトレジスタに書き込まれます。 その後、それらのキー（）のみが閉じられます
値1の桁に対応します。その結果、対応する基準信号が基準信号のジェネレータ（FE）から加算器の入力に供給され、その結果、特定の振幅のAIMカウントが形成されます。加算器の出力。
明らかに、1つ（または複数）のコード組み合わせビットの線形パスを介してデジタル信号を送信するプロセスでエラーが発生した場合、デコーダーの出力でのサンプルの振幅は真の値とは異なります。 たとえば、組み合わせ10101110でエラーがP 6で発生した場合、つまり組み合わせ10001110がデコーダの入力に到達した場合、デコーダのi出力でのサンプルの振幅、つまり真の振幅よりも小さくなります。比較的複雑なデバイスである比較回路の数に等しいサンプルの。 実際には、1つの比較回路と回路を使用して加重タイプIエンコーダがより頻繁に使用されます フィードバックデコーダーを含む（図5.22）。 発電機装置からの制御信号（）の影響下で、各サイクルの制御回路からのデコーダの入力で、最上位ビットから順に各出力から順次供給されます。 デコーダーBの出力で、バランシングPAM信号（）が形成されます。
BはSS入力に入り、入力PIM信号と比較されます。 Â比較の結果に応じて、現在のビットの値はSSの出力で形成されます：1（at）またはO（at）。
米。 2.23。 基準信号の形成の原理
この信号はデコーダの出力に送られ、フィードバック回路を介して制御回路の入力に送られます。1が到着すると、制御回路の対応する出力の状態は変化しません（1）。Oが到着すると、また、0に変化します。その結果、クロックサイクルを通じて、制御回路の出力は、（量子化誤差を考慮して）組み合わせが形成されます。
エンコーダーとデコーダーを構築する場合（図5.20と5.21を参照）、参照信号のセットを形成するFEを使用する必要があり、2つの隣接する標準の値の比率は等しくなります。 このようなデバイスを構築する一般的な考え方は、1つの非常に安定した基準信号源と透過係数（Rは-5.23）を持つ回路のチェーンを使用することです。 このような回路は通常、2つの金種の高精度抵抗器に実装されたマトリックスの形式を持っています（）。
最新のDSPでは、非線形エンコーダーとデコードデバイス（非線形コーデック）が使用され、8ビットコード（= 8）で不均一な量子化スケールの信号のエンコードとデコードを提供します。 不均一な量子化スケールエンコーディングの場合、次の方法を使用できます。
アナログ圧伸線形符号化前の信号のダイナミックレンジの圧縮、および線形復号化後の信号のダイナミックレンジの拡大を特徴とします。
非線形コーディング、アナログからデジタルへの変換とコンプレッサーの機能を組み合わせて、非線形エンコーダーで信号をコーディングすることを特徴とします。
デジタルコンパンディング、多数のビットを含むリニアエンコーダで信号をコーディングし、その後に非線形をコーディングすることを特徴とします デジタル処理エンコーディングの結果。
リニアエンコーダ（LK）の入力とリニアデコーダ（LD）の出力でアナログ圧伸（図2.24）を行うと、アナログコンプレッサー（AK）とエキスパンダー（AE）がそれぞれオンになり、対応するアナログ信号の非線形変換（図2.15を参照）。 AKを構築するための基本的な要素として。 AEバイポーラ信号はバイポーラで使用できます（図2.25）。
米。 2.24。 アナログ原理図。 2.25非線形2ポートアナログ圧伸圧伸
抵抗器は選択肢を提供します 希望のモード正と負の信号の回路パラメータの作業と調整。 重大な欠点 この方法コンプレッサーとエキスパンダーの完全な相互振幅特性を実現することは非常に困難であり、その結果、コンプレッサー-エキスパンダーシステムの全振幅特性は線形のものとは異なります（図2.15を参照）。 これは必然的に送信信号の非線形歪みにつながります。 アナログ圧伸はDSP開発の初期段階で使用され、現在は使用されていません。
最近のDSPでは、ほとんどの場合、非線形コーデックが使用されます。その実装の便宜のために、デジタル回路では、滑らかな圧縮特性を破棄し、セグメント化された特性に置き換えることをお勧めします。これは、滑らかな圧縮特性の区分的に壊れた近似です。
図では。 2.26は、正の信号の圧縮のセグメント化されたA特性を示しています（負の信号値の領域では、同様の形式になっています）。 正式には、 完全な説明（負と正の信号の場合）は16ですが、4つの中央セグメント（正と負の領域にそれぞれ2つ）が実際には1つのセグメントを形成するため、実際のセグメント数は13になります。したがって、この特性はタイプ圧縮特性と呼ばれます。 各特性セグメント（図5.26を参照）には16の量子化ステップが含まれ、それらの総数は256（各信号極性に対して128）です。 この場合、次のセグメントの番号付けと量子化ステップが採用されました N m各セグメント内：= 0,1,2、...、7および= 0、1、2、...、15。明らかに、各セグメント内では、量子化ステップは一定、つまり均一な量子化であることがわかります。が実行され、シリアル番号の大きいセグメントに移動すると、セグメントの傾きが半分になるため、量子化ステップが2倍になります。 最小の量子化ステップ（）は、最初の2つのセグメント（= 0、1）に対応し、等しいことがわかります。 の量子化ステップを決定するには i番目のセグメントあなたは比率を使うことができます
したがって、最大量子化ステップ（7番目のセグメント）、つまり最小ステップの64倍。
したがって、最大の量子化ステップと最小の量子化ステップの比率として定義される圧伸係数は等しく、ノイズ耐性のゲインは 弱い信号に等しい
米。 2.26。 タイプ圧伸特性 A= 87,6/13
特性/ 1 = 87.6 / 13の信号レベル（高調波信号を使用）に対する量子化ノイズからの耐性の典型的な依存性を図に示します。 2.27。 図からわかるように、ゼロセグメントと最初のセグメントを超えない弱い信号の場合。 2.27では、均一な量子化は最小の量子化ステップで実行され、増加するにつれて増加します。均一な量子化。 この変化の特徴は、後続のすべてのセグメントへの移行中にも観察されます。 信号が制限区域に入った後、エンコーダの過負荷によりセキュリティが急激に低下します。
エンコーダの出力で形成されるコードワードの構造 A= 87.6 / 13の形式はPXYZABCDです。ここで、Pは符号記号です（正の信号の場合は1、負の信号の場合は0）。 XYZ-セグメント番号コード文字 N c \ ABCD-セグメント内のステップ番号のコードの記号（図2.26を参照）。 たとえば、エンコーダの入力の正のサンプルが6番目のセグメントの9番目の量子化ステップに対応する振幅を持っている場合、組み合わせ11101001（P = l、XYZ = 110、= 6、ABCD = 1001、 = 9）。
米。 2.27。 依存関係図。 2.28。 非線形エンコーダ
計量タイプ
非線形均等化タイプのコーデックの方式と動作原理は、基本的に線形コーデックと同じです。 最大の違いは、元の信号をコーディングするプロセスでリファレンスソースをオンにするシーケンスにあります。
1つの極性の信号をエンコードするには、エンコーダ基準信号発生器で11個の基準信号を生成する必要があります。 図では。 2.28は、比較回路（CC）、参照用のスイッチングおよび加算回路（SPSE）、正および負のサンプル用の参照信号（および）を生成するための2つの回路、および制御を含む、重み付けタイプの非線形エンコーダの簡略化されたブロック図を示しています。論理回路（LSC）。 エンコーディングは8サイクル実行され、各サイクルでコードの組み合わせのシンボルの1つが形成されます。 この場合、次の3つの段階を区別できます。
記号記号Pの形成（測度1）;
セグメント番号XYZのコードの形成（ステップ2〜4）。
セグメントABCD内のステップ番号のコードの形成（ステップ5〜8）。
最初のステップでは、エンコーダの入力で受信された次のカウントの符号が決定されます。 カウントが正の場合、P = 1が形成されて回路に接続されます。そうでない場合、P = 0が形成され、FE2が回路に接続されます。
セグメント番号コードは次のように生成されます（図2.29）。
OLCの2番目のサイクルでは、PPSEを使用して、4番目のセグメントの下限に対応する基準信号がSS入力= 1に供給され、フィードバックループを介してOLCの入力に供給されます。 次に、カウントが4つの下位セグメント（= 0 ... 3）の1つに分類されると判断され、シンボルX = 0が形成され、フィードバックループを介しての入力に供給されます。 OLC。
3番目の小節では、組み合わせ（Y）の3番目の記号が形成されます。 前の文字（X）の値に応じて、エンコードされたサンプルが分類されるセグメントの番号が指定されます。 X = 1の場合、SPECを使用したOLCは、6番目のセグメントの下限に対応するSS入力に基準電圧を供給します（表5.1を参照）。 の場合、カウントが2つの上位セグメント（= 6または= 7）のいずれかに該当することが決定され、次のシンボルY = lが形成され、フィードバックループを介してOLCの入力に供給されます。 の場合、カウントは4番目または5番目のセグメントに分類され、Y = 0が形成されます。X= 0の場合、OLCはPPSEを使用して、SS入力に対応する基準電圧を供給します。 2番目のセグメントの下限。
もしも 、。 次に、カウントが2番目と3番目のセグメントに分類され、Y = lが形成されるという決定が行われます。 の場合、カウントは2つの下位セグメントのいずれかに分類され、Y = 0が形成されます。
4番目のコーディングサイクルでは、Zシンボル、つまりセグメント番号コードの最後のシンボルが形成されます。 前の文字（XY）の値に応じて、このサンプルに対応するセグメント番号が最終的に設定されます。 したがって、X = 1およびY = 0の場合、5番目のセグメントの下限に対応する基準電圧がオンになります。 ==の場合、サンプルは5番目のセグメントに分類され、シンボルZ = lが形成され、このサンプルのコーディングプロセスが終了するまで基準電圧==がオンのままになります。 次に、サンプルが4番目のセグメントに分類されると判断された場合、Z = 0が形成され、エンコードプロセスの終了がオンになるまで、4番目のセグメントの下限に対応します。
米。 2.29。 番号コードを生成するためのアルゴリズム
セグメント
その結果、4サイクルのコーディングの後、組み合わせの4つのシンボル（PXYZ）が形成され、エンコードされたサンプルが入るセグメントの下限に対応する8つの基準電圧の1つがCCに接続されます。
残りの4クロックサイクルでは、コードの組み合わせのABCDシンボルが順番に形成されます。その値は、エンコードされたサンプルの振幅に対応する、セグメント内の量子化ステップの数に依存します。 均一な量子化は任意のセグメント内で実行されるため、線形重み付けタイプのコーダの場合と同様に、このセグメントに対応する基準電圧を順次オンにすることにより、コーディングプロセスが実装されます。
したがって、エンコーダの入力で振幅のある正のカウントを受信すると、最初の4クロックサイクル後にシンボルPXYZ = 1110が形成され、6番目のセグメントの下限に対応する基準電圧がに接続されます。 SS。 5番目のクロックサイクルでは、6番目のセグメントの量子化ステップ番号コードの最上位シンボル（A）に対応する最大基準電圧がこの基準信号に追加されます。 以来、記号A = 0が形成され、 ""の代わりに ~~ 6番目のサイクルでは、次の桁の基準電圧が接続されます==。 SSの出力で記号B = 1が形成されるため、基準電圧は変化せず、次の7サイクルで次の放電の基準電圧が接続されます。
==なので、シンボルC = 0が形成され、このビット（）の基準電圧がオフになります。
最後のクロックサイクルでは、最下位文字（D）の基準電圧が接続されます。 +-なので、シンボルD = lが形成され、このサンプルのコーディングプロセスが終了します。 したがって、コードの組み合わせ11100101は、エンコーダーの出力で生成されます。
上記のように、エンコードプロセス中に11個の参照信号を使用できますが、サンプルのエンコードプロセスが完了するまでに、5個以下の参照信号がオンになります（そのうちの1個はの下限に対応します）セグメント、4つ以下-対応するセグメント内の基準信号へ）。
米。 2.30。 デジタル圧伸原理
考慮されるケースでは、3つの基準信号のみがオンになります（512δ0、128δ0、および32δ0）。 考慮された例の1のように、エンコードされたサンプルの振幅は、参照信号によって常に正確にバランスが取れているとは限らないことに注意してください。 一般的なケースでは、必然的に量子化誤差£/ osh.kvが発生します。その最大値は、対応するセグメント内の量子化ステップの半分に等しくなります。つまり、ゼロと最初のセグメント（弱い信号の場合）と7番目のセグメント（強い信号）。
不均一な量子化スケール、つまりデジタル圧伸を使用する3番目のコーディング方法の特徴を考えてみましょう。
デジタル圧伸（図2.30）では、線形（均一）コーディング（LK）が多数のビット（たとえば、= 12）で実行され、続いてロジックデバイスを使用してデジタル変換（CKのデジタル圧縮）が実行されます。圧縮型の特性を持つ非線形エンコーダを使用する場合と同じ構造の8ビット非線形コード（図5.26を参照）。 線形コードの12ビットコードの組み合わせを非線形コードの8ビットの組み合わせに変換する方法を表に示します。 5.2。 最初のビット（P）は変更されず、信号の極性に関する情報を伝達します。 セグメント番号を定義するXYZ記号の意味 N c、 PシンボルとAEDSシンボルの12ビットの組み合わせのゼロ（/）の数に対応します（実際、XYZシンボルは反転した自然な3桁の2進値コードです）。
8ビットコードでXYZシンボルが形成された後、ABCDシンボルは変更なしで書き換えられ、12ビットの組み合わせの他のすべてのシンボルは、値に関係なく破棄され、量子化誤差が決定されます。
表2.2
8ビットコードでXYZシンボルが形成された後、ABCDシンボルは変更なしで書き換えられ、12ビットの組み合わせの他のすべてのシンボルは、値に関係なく破棄され、量子化誤差が決定されます。 受信時に、AIM信号の復元は、デジタルエキスパンダー（TsE）とリニアデコーダー（LD）を使用して実行されます。
非線形デコードは、非線形コーディングの注目すべき特徴を考慮に入れて、線形デコードと同様に実行されます。 したがって、非線形デコードのプロセス、つまり、コードの組み合わせ（PXYZABCD）の構造に従って、特定の振幅を持つAIMサンプルの形成では、参照の符号とセグメント番号（）が次のように決定されます。この値が見つかります（量子化誤差を減らすためにデコードされた信号を考慮に入れて、このセグメントの量子化ステップの半分に等しい電圧が追加されます）：
ここで、はセグメントの下限に対応する基準電圧です。
セグメントの量子化ステップ。
たとえば、コードの組み合わせ01010110がデコーダーの入力で受信された場合（つまり、P = 0、= 5、A = 0; B = 1; C = 1、D = 0）、振幅のあるAIMサンプル+）_ "=
したがって、デコーダでは、この場合、基準電圧はに等しくなります。
文学：主要 3 [8-21]
追加。 6 [102-104]
1.対称で自然なバイナリコード
2.非線形コーディング。 タイプA圧伸特性= 87.6 / 13。 非線形エンコーダ回路。
3.差分パルス符号変調
4デルタ変調
）。 物理コーディングは、受信機と送信機を同期させたり、DCコンポーネントを排除したり、ハードウェアコストを削減したりするために、信号の形状、帯域幅、および高調波構成を変更できます。
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信号コーディングシステムには、マルチレベルの階層があります。
物理的なエンコーディング
コーディング階層の最下位レベルは物理コーディングであり、離散信号レベル（電圧振幅、電流振幅、輝度振幅）の数を決定します。
物理コーディングでは、コーディング階層の最下位レベル（物理レベル）でのみコーディングが考慮され、さまざまなレベルの論理コーディングを含むコーディング階層の上位レベルでは考慮されません。
物理的コーディングの観点から、デジタル信号は、2、3、4、5などのレベルの電圧振幅、電流振幅、光振幅を持つことができます。
この方法ではあいまいさが生じるため、イーサネットテクノロジのどのバージョンも、電圧が0ボルトのビット0と電圧が+5ボルトのビット1の直接バイナリコーディングを使用していません。 一方のステーションがビット文字列00010000を送信する場合、もう一方のステーションは「信号なし」とビット0を区別できないため、10000または01000として解釈できます。したがって、受信側のマシンは、開始、終了、および各ビットの真ん中。外部タイマーの助けを借りずに。 信号を物理的にコーディングすることにより、ビット周期の途中で電圧が変化したときに、受信機が送信機と同期できるようになります。
論理コーディング
コーディング階層の2番目のレベルは、さまざまな目的を持つ論理コーディングの最下位レベルです。
物理コーディングと論理コーディングが一緒になって、最低レベルのコーディングシステムを形成します。
コード形式
コードワードの各ビットは、パルスなどの個別の信号を使用して送信または書き込まれます。 ソースコードが特定の信号によって表される方法は、コード形式によって決まります。 周知された たくさんのフォーマットにはそれぞれ長所と短所があり、特定の機器での使用を目的としています。
- BVN形式（ゼロに戻らない）当然、論理回路の動作モードに対応します。 1サイクル内に1ビットが送信され、レベルは変化しません。 ポジティブエッジは、ソースコードの0から1への遷移を意味し、ネガティブエッジは1から0への遷移を意味します。エッジがないことは、前後のビットの値が等しいことを示します。 BVN形式のコードをデコードするには、そのスペクトルにクロック周波数が含まれていないため、クロックパルスが必要です。 BVNフォーマットコードに対応する信号には低周波成分が含まれています（長い一連の0または1を送信するときにドロップは発生しません）。
- BVN-1フォーマット（送信1のドロップでゼロに戻らない）一種のBVNフォーマットです。 後者とは異なり、正と負の両方のドロップがシングルビットに対応するため、BVN-1レベルはデータを送信しません。 送信1の間に信号ドロップが形成されます。送信0では、レベルは変化しません。 デコードには時計が必要です。
- BVNフォーマット-0（0を送信するときにドロップオフでゼロに戻らない） BVN-1を補完します（スロープはソースコードのゼロビットに対応します）。 マルチトラックレコーディングシステム デジタル信号クロックパルスは、BVN形式のコードと一緒に記録する必要があります。 可能なオプション BVN-1およびBVN-0形式のコードに対応する2つの追加信号の記録です。 2つの信号の1つでは、各クロックサイクルでドロップが発生します。これにより、クロックパルスを取得できます。
- VN形式（ゼロに戻る）クロック間隔の一部（たとえば、半分）のみを占めるパルスを1ビットで送信する必要があります。 ゼロビットの場合、パルスは生成されません。
- VN-P形式（アクティブな一時停止あり）は、正の極性のパルスを1ビットで送信し、負の極性のパルスをゼロビットで送信することを意味します。 このフォーマットの信号には、スペクトルにクロック周波数成分が含まれています。 通信回線を介したデータ伝送には多くの場合に使用されます。
- DF-0フォーマット（0を送信するときに位相ジャンプを伴う2相）各小節の始めにジャンプを形成する表現方法に対応します。 シングルビットの場合、この形式の信号はクロック周波数に応じて変化します。つまり、各サイクルの途中でレベルが低下します。 ゼロビットが送信されると、サイクルの途中で差が形成されません。つまり、位相ジャンプが発生します。 コードイン このフォーマット自己同期する機能があり、クロック信号の送信を必要としません。
1信号を送信するときの差動の方向は関係ありません。 したがって、エンコードされた信号の極性を変更しても、デコード結果には影響しません。 DC成分なしで平衡線を介して伝送できます。 また、磁気による記録も容易になります。 この形式は、マンチェスター1とも呼ばれます。 これは、オーディオメディアとビデオメディアの同期に広く使用されているSMPTEタイムアドレスコードで使用されます。
バイレベルコーディングシステム
ゼロに戻らない
Non-Return-to-Zeroエンコーディング（NRZ）とも呼ばれる潜在的なエンコーディング （英語）ロシア).
ゼロを転送する場合は、前のサイクルで設定された電位を転送し（つまり、変更しません）、1を転送する場合、電位は逆に反転します。 このコードは、潜在的な1つの反転コード（NRZI）と呼ばれます。
NRZ
1と0の送信には、2つの安定して区別できる電位が使用されます。
- ビット0はゼロ電圧0（V）で表されます。
- ビット1は値U（B）で表されます。
NRZ（反転）：
- ビット0は値U（B）で表されます。
- ビット1は0（V）ゼロ電圧で表されます。
最も単純なコードである通常のデジタル（離散）信号（逆極性またはゼロと1に対応するレベルに変換できます）。
利点-簡単な実装。 最後にエンコードしてデコードする必要はありません。 特定の帯域幅での高速伝送（ 帯域幅 10Mbpsでは、1つのウォブルが2ビットに等しいため、帯域幅は5MHzです。 スタートストップビットは、バイト転送を同期するために使用されます。
短所-一定のコンポーネントが存在するため、変圧器を使用してガルバニック絶縁を提供することは不可能です。 受信側と送信側での周波数同期の高い要件-1ワード（バイト）の送信中に、受信側は1ビットを超えて失うことはありません（たとえば、開始ビットと停止ビットを持つ1バイト長のワードの場合、チャネル情報の10ビットのみ、受信機と送信機の非同期周波数は両方向で10％を超えることはできません。16ビットのワード、つまり18ビットのチャネル情報の場合、非同期は5.5％を超えてはならず、物理的な実装）。
NRZI
1のシーケンスを送信する場合、他のコーディング方法とは異なり、信号はクロックサイクル中にゼロに戻りません。 つまり、ユニットが送信されるときに信号の変化が発生し、ゼロの転送によって電圧が変化することはありません。
NRZIメソッドの利点：
- 実装のしやすさ。
- この方法は、エラー認識が良好です（2つの大きく異なる電位が存在するため）。
- 基本波f0は十分です 低頻度（N / 2 Hzに等しい。ここで、Nはディスクリートデータビット/ sのビットレートです）。これにより、スペクトルが狭くなります。
NRZIメソッドのデメリット：
- このメソッドには、自己同期のプロパティがありません。 高精度のクロックジェネレータが存在する場合でも、2つの発振器の周波数が完全に同一になることはないため、受信機はデータ取得の瞬間の選択を間違える可能性があります。 したがって、 高速データ交換と1または0の長いシーケンスわずかな不一致 クロック周波数サイクル全体でエラーが発生する可能性があるため、誤ったビット値を読み取る可能性があります。
- この方法の2番目の重大な欠点は、1と0の長いシーケンスを送信するときに一定の信号に近づく低周波成分の存在です（送信されたデータを圧縮することで回避できます）。 このため、受信機とソースの間に直接ガルバニック接続を提供しない多くの通信回線は、このタイプのコーディングをサポートしていません。 したがって、ネットワークでは、NRZコードは主にコードのさまざまな変更の形で使用され、コードの不十分な自己同期と定数コンポーネントの問題の両方が排除されます。
MLT-3マルチレベル伝送-3（マルチレベル伝送）-NRZIコードに少し似ていますが、後者とは異なり、3つの信号レベルがあります。 単位はある信号レベルから別の信号レベルへの遷移に対応し、信号レベルの変化は前の遷移を考慮して順次発生します。 「ゼロ」を送信する場合、信号は変化しません。
このコードは、NRZIと同様に、事前にエンコードする必要があります。 ファストイーサネット100Base-TXで使用されます。
ハイブリッド三元符号 （英語）ロシア
入力ビット 以前の状態
出口で出力ビット 0 + − 0 − 0 1 + 0 + − 4B3T[テンプレートを削除]
コーディングテーブル：
MMS43コーディングテーブル
入力 累積DCオフセット 1 2 3 4 0000 + 0 + (+2) 0−0 (−1) 0001 0 − + (+0) 0010 + − 0 (+0) 0011 0 0 + (+1) − − 0 (−2) 0100 − + 0 (+0) 0101 0 + + (+2) − 0 0 (−1) 0110 − + + (+1) − − + (−1) 0111 − 0 + (+0) 1000 + 0 0 (+1) 0 − − (−2) 1001 + − + (+1) − − − (−3) 1010 + + − (+1) + − − (−1) 1011 + 0 − (+0) 1100 + + + (+3) − + − (−1) 1101 0 + 0 (+1) − 0 − (−2) 1110 0 + − (+0) 1111 + + 0 (+2) 0 0 − (−1) デコードテーブル。
信号変換
量子化エラーとノイズ。
レベル量子化、均一および不均一量子化。
信号変換。
チャネルメッセージの送信元と消費者の間には一連の技術的手段があります。 テクニカルデバイスチャネルの一部である、は、メッセージが最良の方法でコンシューマーに到達するように設計されています。このために、信号が変換されます。 このような有用な信号変換は、前述の変調と連続信号の離散信号への変換です。 したがって、チャネルは状態に従って分類されます- 連続と 離散.
オブジェクトまたはプロセスの状態に関する情報を伝達するシグナルは、プロセス自体が連続しているのと同じように、本質的に連続しています。 したがって、このような信号はアナログと呼ばれます。 それらは、それらが表すプロセスまたはオブジェクトの状態に類似しています。 取ることができる値の数 アナログ信号、際限なく。 したがって、これらの信号が送信されるチャネルもアナログです。
自動電話交換では、多くの場合、タスクは、たとえば、鉄道回線が混雑しているか空いているかなど、有限数のオブジェクト状態を区別することになります。 この数の状態を送信するには、受信信号を何らかの基準信号と比較するだけで十分です。 参照よりも多い場合、オブジェクトは1つの状態にあり、別の状態では少なくなります。 どのように より多くの数オブジェクトの状態が多いほど、参照レベルを増やす必要があります。
一方、消費者は、オブジェクトの状態に関する情報を時間的に連続的にではなく定期的に受信するだけで十分であり、ポーリング期間がオブジェクトの状態の変化率にリンクされている場合、消費者は情報が失われることはありません。
と呼ばれる連続信号の変換の結果として 量子化 と サンプリング 得る 信号カウント。1つまたは別の記数法で数値と見なされます。 これらのサンプルは離散信号です. これらの番号は、電気信号のコードの組み合わせに変換され、通信回線を介して連続的に送信されます。 定状態キャリアとして使用すると、一連のビデオパルスが取得されます。 必要に応じて、このシーケンスは調和振動を変調し、一連の無線パルスを取得します。
コーディングは、離散信号をいくつかのシンボルのシーケンスまたは組み合わせに変換することとして理解されます。 コードシンボルは基本信号です , コードポイントによって他の文字とは異なります . コード機能の値の数は、コードのベースと呼ばれます- m..。 コードの組み合わせの文字数 Pコードの長さを決定します。 コードの長さがすべての組み合わせで一定である場合、コードはユニフォームと呼ばれます。 均一なバイナリ（ m= 2）コード。 均一なコーディングのためのコードの組み合わせの最大数： N= mn。
サンプルによる連続信号の表現、およびサンプル-一連の記号による表現は、 デジタル変調..。 これらのうち、最も一般的なものは パルス符号変調（PCM）および デルタ変調（DM）。
PCMを検討してください。 ゼロから15ボルトまでの変化範囲で連続信号を送信する必要があるとします。 16レベルを転送するだけで十分だと考えています。 N= 16.したがって、 m= 2、次に n= 4.コーディング：0 V-0000、1 V-0001、2 V-0010、3V-0011など。 パルスと一時停止の形式のこれらの数値は、通信回線に送られ、受信機でデコードされ、必要に応じて、再び連続信号に変換されます。 連続信号から離散信号への変換は、 アナログ-デジタル変換器（ADC）、逆変換-デバイス内 デジタルからアナログへの変換（DAC）。
2. 狭帯域伝送でバイポーラ離散信号が使用されます。 さらに、 ネットワークアダプター PCデジタルデータのデジタル信号への送信は直接実行されます。
最も単純で最も一般的に使用されるのはコーディングです ゼロに戻らないメソッド（NRZ-ゼロに戻らない）、ビット「1」は正の電圧（H- 高いレベル）、およびビット「0」-負の電圧（L- 低レベル）。 つまり、信号は常にゼロ電圧より上または下であるため、この方法の名前が付けられています。 説明した信号コーディング方法の図を図5.22に示します。
アナログ信号とデジタル信号の両方で、連続するビットが偶数（両方とも「0」または両方とも「1」）の場合、一方がいつ終了し、もう一方がいつ開始するかを判断するのは困難です。 この問題を解決するには、受信機と送信機を同期させる必要があります。つまり、時間間隔を等しくカウントする必要があります。
これは、同期パルスを送信するための追加の回線を導入するか（常に可能であるとは限らず、高価です）、または非同期または自動調整という特別なデータ送信方法を使用して行うことができます。
図5.22-信号コーディングのオプション。
ネットワークを介したデータ送信の方法
で 低速信号伝送の場合、非同期伝送方式が使用されます。 高速自動調整方法を使用する方が効率的です。 送信機と受信機の両方に、同じ周波数で動作するクロックジェネレータが装備されています。 ただし、完全に同期して動作させることは不可能であるため、定期的に調整する必要があります。 定期的に調整する必要がある通常の時計と同様です。
で 非同期転送ジェネレータは、データの各パケット（またはバイト）の送信の開始時に同期され、この間、送信エラーの原因となるジェネレータの不一致はないと想定されます。 この場合、すべてが 同じ長さのパッケージ（たとえば、バイト）。 受信機クロックの同期は、次の方法で実現されます。
・各パケット（バイト）の前に、追加の「開始ビット」が送信されます。これは常に「0」です。
・パケットの最後に、別の追加の「ストップビット」が送信されます。これは常に「1」です。
データが送信されていない場合、リンクは状態「1」（アイドル状態）になります。 送信の開始により、「1」から「0」への遷移が発生します。これは、「スタートビット」の開始を意味します。 この遷移は、受信機の発振器を同期させるために使用されます。 このプロセスをタイミング図（図5.23）で説明しましょう。
図5.23-非同期送信
で オートチューニングトランスミッション-マンチェスター符号化方式が使用されます。
・受信機のクロックジェネレータは、各ビットの送信と同期しています。
したがって、あなたは送ることができます 任意の長さのパッケージ.
データ信号の同期は、各データビットの中央で「H」層から「L」層への遷移、またはその逆の遷移を保証することによって実現されます（図5.24）。 これらの遷移は、レシーバークロックを同期するために使用されます。 データビットはエンコードされます：「0」-遷移「L」→「H」および「1」-遷移「H」→「L」
図5.24-自動調整による転送
情報が送信されない場合、データラインに遷移はなく、送信機と受信機のクロックジェネレータが一致しません。
このタイプのコーディングでは、各データビットの途中だけでなく、2つの連続するビットの値が同じ場合はビット間でも遷移が発生します。
回線がアイドル状態になった後、発電機の事前同期が必要です。これは、送信することによって実現されます。 固定ビットシーケンス（プリアンブルと準備ビット）。
たとえば、8ビットのプリアンブルを使用できます。11111110。最初の7ビットは初期同期に使用され、最後のビットはプリアンブルが終了したこと、つまりデータビットが続くことを受信者に通知するために使用されます。
レクチャー17
トピック5.3ローカルの機能の原則 コンピューターネットワーク
講義計画
-基本的なLANコンポーネント
-LANタイプ
-ピアツーピアネットワーク
-サーバーベースのネットワーク
-複合ネットワーク
-ハードウェア
-ネットワークトポロジと基本トポロジの概念：
バストポロジー
スタートポロジー
リングトポロジー
結合されたトポロジ
– 比較特性トポロジ
-物理的な伝送媒体へのアクセス方法
講義の主要部分
基本的なLANコンポーネント
PCベースのLANは、複雑さが低く、コストが低いため、現在広く使用されています。 これらは、産業の自動化、銀行業務、および分散、制御、情報参照システムの作成に使用されます。 LANはモジュール式です。
サーバーは、ネットワークリソースの分散を管理する機能を実行するハードウェアおよびソフトウェアシステムです。 一般的なアクセス;
– ワークステーションアクセスするコンピューターは ネットワークリソースサーバーによって提供されます。
--f 物理データ伝送媒体（ ネットワークケーブル) – これらは同軸ケーブルと光ファイバーケーブルです。 ツイストペアワイヤーも ワイヤレスチャネル通信（赤外線、レーザー、無線送信）。
LANタイプ
LANには、主に2つのタイプがあります。ピアツーピアLANとサーバーベースのLANです。 それらの違いは、これらのネットワークのさまざまな機能を決定するため、基本的に重要です。
LANタイプの選択は、以下によって異なります。
・企業の規模。
・必要なレベルのセキュリティ。
・ネットワークトラフィックの量。
・財務コスト。
・ネットワーク管理サポートの可用性のレベル。
同時に、ネットワーク管理のタスクには通常、次のものが含まれます。
・ユーザーの作業とデータ保護の管理。
・リソースへのアクセスを提供します。
・アプリケーションとデータのサポート。
・アプリケーションソフトウェアのインストールと最新化。
ピアツーピアネットワーク
これらのネットワークでは、すべてのコンピューターが同等です。コンピューター間に階層はありません。 専用サーバーはありません。 通常、各PCの機能と方法 ワークステーション（PC）、およびサーバーとして、つまり、責任のあるPCはありません
図5.25-LANコンポーネント
ネットワーク全体の管理（図5.26）。 すべてのユーザーは、自分のコンピューター上のどのデータとリソース（カタログ、プリンター、FAXモデム）をネットワーク上で公開するかを自分で決定します。
ワーキンググループ共通の目標と利益によって団結した小さなチームです。 したがって、ピアツーピアネットワークでは、ほとんどの場合、コンピューターは10台以下です。 これらのネットワークは比較的単純です。 各PCはPCとサーバーの両方であるため。 より複雑なネットワークに必要な強力な中央サーバーやその他のコンポーネントは必要ありません。
ピアツーピアネットワークは通常、サーバーベースのネットワークよりも安価ですが、より強力な、したがってより高価なPCを必要とします。 それらのネットワークソフトウェアのパフォーマンス要件と保護レベルも大幅に低くなっています。
図5.26-ピアツーピアネットワーク
次のようなオペレーティングシステムの場合：MS Widows NT for Workstation; MS Widows 95/98、Widows2000のピアツーピアネットワークの組み込みサポート。 したがって、ピアツーピアネットワークを確立するために、追加のソフトウェアは必要なく、単純なケーブルシステムを使用してコンピューターを接続します。 ピアツーピアネットワーキングは、次の場合に適しています。
・ユーザー数は10〜15人を超えません。
・ユーザーはコンパクトに配置されます。
・データ保護の問題は重要ではありません。
・当面、会社の拡大は見込めず、その結果、ネットワークの拡大が見込まれます。
ピアツーピアネットワークは中小企業のニーズに適していますが、その使用が不適切な場合があります。 これらのネットワークでは、保護には共有リソース（ディレクトリなど）にパスワードを設定することが含まれます。 次の理由により、ピアツーピア保護を一元管理することは困難です。
-ユーザーが自分でインストールします。
-「共有」リソースは、中央サーバーだけでなく、すべてのPCに配置できます。
この状況は、ネットワーク全体に対する脅威です。 さらに、ユーザーは保護をまったくインストールしない場合があります。
サーバーベースのネットワーク
10人を超えるユーザーが接続している場合、ピアツーピアネットワークは正常に機能しない可能性があります。 したがって、ほとんどのネットワークは専用サーバーを使用します（図5.27）。 強調表示サーバーとしてのみ機能するサーバーと呼ばれます（PCまたはクライアントの機能を除く）。 これらは、ネットワーククライアントからの要求を高速に処理し、ファイルとディレクトリの保護を管理するために特別に最適化されています。
図5.27-サーバーベースのネットワーク構造
ネットワークのサイズとネットワークトラフィックの量が増えると、サーバーの数を増やす必要があります。 タスクを複数のサーバーに分散させることで、各タスクを最大限に活用できます 効果的な方法可能なすべての。
サーバーが実行するタスクの範囲は多様で複雑です。 増大するユーザーのニーズに対応するために、LANサーバーは特殊化されています。 だから、例えば、 オペレーティング・システム Windows NTServerが存在します 他の種類サーバー（図5.15）：
– ファイルサーバーとプリントサーバー..。 これらは、ファイルとプリンターへのユーザーアクセスを制御します。 つまり、ファイルサーバーはファイルとデータを保存するためのものです。
- と アプリケーションサーバー（データベースサーバー、WEBサーバーを含む ) ..。 クライアント/サーバーアプリケーション（プログラム）のアプリケーション部分は、それらで実行されます。 これらのサーバーは、ファイルサーバーを操作する場合の点で、ファイルサーバーとは根本的に異なります。 目的のファイルまたは、データ全体が要求元のPCにコピーされ、アプリケーションサーバーを操作する場合、要求の結果のみがPCに送信されます。
– メールサーバー -トランスミッションを制御する 電子メールネットワークユーザー間。
--f axサーバー-1つまたは複数のFAXモデムを介した着信および発信FAXメッセージのフローを制御します。
- に 通信サーバー-データの流れを制御し、 メールメッセージこのLANと、モデムおよび電話回線を介した他のネットワークまたはリモートユーザーとの間。 また、インターネットへのアクセスも提供します。
- と ディレクトリサービスサーバー-ネットワーク上の情報を検索、保存、保護するように設計されています。
Windows NT Serverは、PCを論理ドメイングループに統合します。論理ドメイングループのセキュリティシステムは、ユーザーに任意のネットワークリソースへのさまざまなアクセス権を与えます。
図5.28。 -LAN内のサーバーの種類
同時に、各サーバーは、別々のコンピューターと小規模LANの両方に実装でき、1台のコンピューターで他のサーバーと組み合わせることができます。 NorthとOSは1つのユニットとして機能します。 OSがなければ、最も強力なサーバーでさえハードウェアのヒープです。 OSを使用すると、サーバーのハードウェアリソースの可能性を実現できます。
1.1基本概念
コーディング-個別のメッセージ要素を一連のコードシンボルに変換します。 逆変換- デコード.
これらの操作を自動的に実行するデバイスには、それに応じた名前が付けられます コーダーと デコーダ. コーデック-エンコーダーとデコーダーを組み合わせたデバイス。
コード-エンコードが実行されるアルゴリズム（ルール）。
コードの組み合わせ（単語）-個別のメッセージの1つの要素に対応する一連のコードシンボル。
コードアルファベット-コードシンボルのセット全体。
ベース コードm-コードアルファベットの文字数。 m = 2の場合、コードは呼び出されます バイナリ、m> 2- マルチポジション（非バイナリ）.
排出-コードワードの重要な位置。
コードのビット数（値）n -コードの組み合わせの文字数。 n = constの場合、コードは呼び出されます ユニフォーム、n≠const- 不均等.
エンコーダーとデコーダーは、均一なバイナリーを作成するのが簡単です。
1.2ディスクリートメッセージシステム
図1.1-ディスクリートメッセージ伝送システムのブロック図。
ソースは個別のメッセージを発行します。 連続メッセージから個別のメッセージを形成するために、時間とレベルのサンプリングが使用されます。
ソースコーディング（データ圧縮）は、情報の保存と送信の技術的コストを削減するために使用されます。
暗号化コーディング（暗号化）は、情報への不正アクセスを防ぐために使用されます。
チャネルコーディング（エラー訂正コーディング）は、ノイズの多いチャネルを介した情報送信の信頼性を高めるために使用されます。
1.3データ圧縮
圧縮が可能なのは ソースの出力のデータには、冗長な情報や識別しにくい情報が含まれています。
識別しにくい情報-受信者に影響を与えない情報。 このような情報は、を使用して短縮または削除されます 非可逆圧縮..。 この場合、初期情報のエントロピーは減少します。 非可逆圧縮は、デジタル画像とデジタル化されたオーディオを圧縮するために使用されます。
非可逆圧縮技術：
モデルの使用-モデルパラメータの選択とパラメータの1つのみの転送。
予測-後続の要素の予測とエラー値の送信。
差動符号化とは、前の要素と比較したときに、次の要素に変更を送信することです。
冗長情報-主題に関する知識を追加しない情報。 を使用することにより、冗長性を削減または排除できます 可逆圧縮 （効率的なコーディング）..。 この場合、データのエントロピーは変更されません。 可逆圧縮は、データ伝送システムで使用されます。
ロスレス圧縮アルゴリズムで使用される手法：
シーケンス長のエンコード-繰り返される要素の数の送信。
辞書エンコーディング-以前に送信されたシーケンスへのリンクを、それらを繰り返すのではなく使用します。
不均一なコーディング-短いコードワードがより可能性の高い文字に割り当てられます。
1.4辞書のエンコード
シンボル間の依存関係によって引き起こされる冗長性を減らすことができます。 辞書をコーディングするという考えは、頻繁に発生する文字シーケンスを、特別に作成されたテーブル（辞書）に格納されているパターンへの参照に置き換えることです。 このアプローチは、イスラエルの研究者ZivとLempelの研究で説明されているLZアルゴリズムに基づいています。
1.5不完全なコーディング
文字の確率が等しくないために発生する冗長性を減らします。 不均一なコーディングの背後にある考え方は、頻繁に出現する文字には短いコードワードを使用し、まれに出現する文字には長いコードワードを使用することです。 このアプローチは、シャノンファノアルゴリズムとハフマンアルゴリズムに基づいています。
シャノンファノコードとハフマンコードにはプレフィックスが付いています。 プレフィックスコード-短い単語が別の長い単語の先頭（プレフィックス）ではないというプロパティを持つコード。 このようなコードは常に一意にデコードされます。 その逆は真実ではありません。
シャノンファノコードは次のように構成されます。 ソースシンボルは、発生する確率（頻度）の降順で書き込まれます。 次に、これらのシンボルは上部と下部の2つの部分に分割されるため、これらの部分の合計確率は可能な限り同じになります。 上部の記号は、コードワードの1文字目が1、下部が0で、それぞれを半分にして、コードワードの2文字目を書き込みます。 受信した各パーツに1つのシンボルが含まれるまで、このプロセスが繰り返されます。
例1.1：
表1.1-シャノンファノコードの構成。
確率
ステップの分割
シャノンファノアルゴリズムは、コードワードの平均長が最小である明確なコードの構築に常につながるとは限りません。 ハフマンアルゴリズムには、前述の欠点はありません。
ハフマンコードは次のように構成されます。 ソースシンボルは、発生する確率（頻度）の降順で配置されます。 最新の2つのシンボルは、1つの補助に結合され、合計確率が原因となります。 結果のシンボルは、確率の降順で再び配置され、最後の2つが結合されます。 このプロセスは、確率1の補助シンボルが1つになるまで続きます。コードの組み合わせを見つけるために、コードツリーが作成されます。 確率1に対応する点から、2つの分岐が向けられます。 分岐にはシンボル1が割り当てられる可能性が高く、-0は小さくなります。この分岐は、各シンボルの確率に達するまで続きます。 コードツリーを移動する トップダウン、各シンボルのコードの組み合わせを記述します。
例1.2：
表1.2-ハフマンコードの構成。
図1.2-ハフマンコードのコードツリー。
