Rozdělení kanálových zabezpečovacích kódů je přehledně znázorněno na obr. 2.14. Podle
stupně zabezpečení je dělíme na detekční kódy a korekční kódy. Při použití detekčních
(zjišťovacích) kódů lze chybnou kódovou skupinu nebo blok pouze identifikovat, avšak
opravit je nelze. Z přijímané zprávy se obvykle odstraní, což může vést ke ztrátě informace.
Proto se někdy v takových případech doplňuje systém o tzv. zpětný kanál, ve kterém se
přenáší automaticky žádost o opakování přenosu ARQ (Automatic Request Repetition).
Podnět k opakování vysílání chybných částí zprávy dává dekodér detekčního kódu. Korekční
(opravné) kódy (někdy také samoopravné kódy) naproti tomu chybu nejen zjistí, ale umožní
identifikovat i chybný bit nebo několik bitů a opravit je. Poněvadž k zabezpečení přenosu
nepotřebují zpětný kanál, označují se termínem dopředná korekce chyb FEC (Forward Error
Correction). Zabezpečení těmito kódy je složitější neboť používají větší počet kontrolních
bitů.
Korekční kódy lze dále rozdělit na konvoluční kódy a blokové kódy. Jejich
řetězením, a to i vzájemným, vzniká významná skupina řetězových kódů.
2.2.2 Detekční kódy s paritními bity
Podstata zabezpečení signálu jednoduchými paritními kódy spočívá v doplnění
jednotlivých kódových skupin jedním paritním (kontrolním) bitem, který může být umístěn na
začátku nebo na konci kódové skupiny. Jeho hodnota může být volena tak, aby doplňoval
zabezpečovanou skupinu buď na sudý nebo na lichý počet jedniček. Je-li například kódová
skupina ve tvaru 1010101, potom při zabezpečení sudou paritou je třeba přidat k uvažované
skupině paritní bit 0, neboť skupina již obsahuje sudý počet jedniček. Jsou-li paritní bity
přidávány na konec skupiny, bude přenášený signál ve tvaru 10101010. Při zabezpečení téže
kódové skupiny lichou paritou musí být přidán paritní bit 1, neboť skupina obsahuje pouze
sudý počet jedniček, který je třeba změnit paritním bitem na počet lichý. Přidáním paritního
bitu na konec skupiny, bude přenášen signál ve tvaru 10101011.
Kontrola sudé nebo liché parity se na přijímací straně provádí nejčastěji sčítáním
modulo 2 (logický součet bez přenosu) jednotlivých bitů kódové skupiny. Pro sudou paritu by
měl být výsledek součtu roven 0, pro lichou paritu by měl být roven 1. Správný výsledek však
bohužel získáme i v případě, kdy dojde v komunikačním kanálu ke dvěma chybám, obecně
k sudému počtu chyb.
Wednesday, November 26, 2008
Thursday, October 9, 2008
Kanálové kódování
Cílem kanálového kódování je zabezpečit signál proti chybám vznikajícím při přenosu
v komunikačním kanálu. Chyby signálu mohou být způsobeny šumem, různými druhy rušení,
únikem signálu, odrazy, přepnutím signálu při handoveru, atd. Mohou být ojedinělé nebo se
mohou vyskytovat ve skupinách (shluky chyb, bursty). Podstatou zabezpečení signálu je
mírné, úmyslné a kontrolované zvýšení jeho redundance (např. přidáním jistého počtu
kontrolních bitů). To se projeví malým zvýšením přenosové rychlosti signálu a tím i nutné
šířky kmitočtového pásma kanálu, při výrazném snížení chybovosti signálu BER (Bit Error
Rate). K tomuto účelu se používají zabezpečovací neboli bezpečnostní kódy umožňující
chybu nejen detekovat, ale i opravit. Při přenosu hovorového signálu je povolena maximální
přípustná chybovost 4 3 10 10 − − ÷ = BER , při přenosu televizního obrazového signálu
s vysokou rozlišovací
schopností HDTV (High
Definition TeleVison) je
10 10− ≅ BER a při přenosu
dat mezi počítači jsou
požadavky ještě přísnější.
V závislosti na
zabezpečovaném signálu se
proto volí různé stupně
ochrany a tedy i různé kódy.
Základním
parametrem kanálového
kodéru je kódový zisk
neboli zisk kódování G
(Coding Gain), udávající
kolikrát je možné při
Blokové
kódy
Binární
kódy
Nebinární
kódy
Lineární
kódy
Nelineární
kódy
Cyklické
kódy
Necyklické
kódy
Konvoluční
kódy
Korekční
kódy
Detekční
kódy
Kanálové zabezpečovací kódy
v komunikačním kanálu. Chyby signálu mohou být způsobeny šumem, různými druhy rušení,
únikem signálu, odrazy, přepnutím signálu při handoveru, atd. Mohou být ojedinělé nebo se
mohou vyskytovat ve skupinách (shluky chyb, bursty). Podstatou zabezpečení signálu je
mírné, úmyslné a kontrolované zvýšení jeho redundance (např. přidáním jistého počtu
kontrolních bitů). To se projeví malým zvýšením přenosové rychlosti signálu a tím i nutné
šířky kmitočtového pásma kanálu, při výrazném snížení chybovosti signálu BER (Bit Error
Rate). K tomuto účelu se používají zabezpečovací neboli bezpečnostní kódy umožňující
chybu nejen detekovat, ale i opravit. Při přenosu hovorového signálu je povolena maximální
přípustná chybovost 4 3 10 10 − − ÷ = BER , při přenosu televizního obrazového signálu
s vysokou rozlišovací
schopností HDTV (High
Definition TeleVison) je
10 10− ≅ BER a při přenosu
dat mezi počítači jsou
požadavky ještě přísnější.
V závislosti na
zabezpečovaném signálu se
proto volí různé stupně
ochrany a tedy i různé kódy.
Základním
parametrem kanálového
kodéru je kódový zisk
neboli zisk kódování G
(Coding Gain), udávající
kolikrát je možné při
Blokové
kódy
Binární
kódy
Nebinární
kódy
Lineární
kódy
Nelineární
kódy
Cyklické
kódy
Necyklické
kódy
Konvoluční
kódy
Korekční
kódy
Detekční
kódy
Kanálové zabezpečovací kódy
Tuesday, October 7, 2008
Ještě větší komprimace signálu lze dosáhnout s podporou vektorů pohybu. Využívá se
toho, že sousední snímky jsou si značně podobné a obsahují prakticky stejné objekty, ale
posunuté do jiných poloh. Vytváření snímků P s podporou vektorů pohybu je naznačeno
. Pro každý blok právě kódovaného snímku se neprohledává celý předchozí snímek,
ale jen tzv. vyhledávací prostor v předchozím snímku a zkoumá se, zda se bloky svým
obsahem shodují. Pokud ano, je určen vektor pohybu a jeho souřadnice x,y jsou přenášeny
v záhlaví makrobloku. Pokud je snímán statický obraz, jsou rozdíly v hodnotách vzorků
makrobloku nulové a rovněž vektory pohybu jsou nulové. V případě, že není nalezen přesně
stejný makroblok, je povolena určitá nepřesnost (rozdíl součtů vzorků obou makrobloků) a
přenáší se pouze souřadnice vektoru pohybu. Jestliže i tato nepřesnost je překročena, vytváří
se rozdílový makroblok, který se běžně zpracuje (FDCT, atd.). Vytváření snímků B
s podporou vektorů pohybu je obdobné, výsledkem jsou souřadnice dvou vektorů pohybu.
Stanovení vektoru pohybu se provádí současně pro jasový signál (na úrovni makrobloků) i
oba chrominanční signály (na úrovni bloků). Jasovému a chrominančnímu signálu potom
přísluší jeden společný vektor pohybu. Stanovení vektorů pohybu spolu s výpočtem
koeficientů DCT patří k nejnáročnějším operacím kódování a z hlediska hardwaru je
nejnákladnější. Pro snímky I resp. snímky P a B se používají různé kvantizační tabulky, které
se rovněž liší pro standardy JPEG a MPEG.
toho, že sousední snímky jsou si značně podobné a obsahují prakticky stejné objekty, ale
posunuté do jiných poloh. Vytváření snímků P s podporou vektorů pohybu je naznačeno
. Pro každý blok právě kódovaného snímku se neprohledává celý předchozí snímek,
ale jen tzv. vyhledávací prostor v předchozím snímku a zkoumá se, zda se bloky svým
obsahem shodují. Pokud ano, je určen vektor pohybu a jeho souřadnice x,y jsou přenášeny
v záhlaví makrobloku. Pokud je snímán statický obraz, jsou rozdíly v hodnotách vzorků
makrobloku nulové a rovněž vektory pohybu jsou nulové. V případě, že není nalezen přesně
stejný makroblok, je povolena určitá nepřesnost (rozdíl součtů vzorků obou makrobloků) a
přenáší se pouze souřadnice vektoru pohybu. Jestliže i tato nepřesnost je překročena, vytváří
se rozdílový makroblok, který se běžně zpracuje (FDCT, atd.). Vytváření snímků B
s podporou vektorů pohybu je obdobné, výsledkem jsou souřadnice dvou vektorů pohybu.
Stanovení vektoru pohybu se provádí současně pro jasový signál (na úrovni makrobloků) i
oba chrominanční signály (na úrovni bloků). Jasovému a chrominančnímu signálu potom
přísluší jeden společný vektor pohybu. Stanovení vektorů pohybu spolu s výpočtem
koeficientů DCT patří k nejnáročnějším operacím kódování a z hlediska hardwaru je
nejnákladnější. Pro snímky I resp. snímky P a B se používají různé kvantizační tabulky, které
se rovněž liší pro standardy JPEG a MPEG.
Monday, August 11, 2008
mobilní telefony
První
symbol obsahuje údaj o počtu
nul (délka běhu - Run
Length) a počtu bitů
potřebných pro kódování
koeficientu. Druhý symbol
vyjadřuje hodnotu
koeficientu v binární podobě.
Z důvodů dalšího snížení
redundance signálu se pro
kódování prvního symbolu
používá Huffmanův kód
(entropické kódování,
kódování s proměnnou
délkou slova VLC - Variable
Length Coding). Často se vyskytující symboly jsou kódovány krátkými slovy, zatímco
sporadicky se vyskytující symboly jsou naopak kódovány dlouhými slovy. Druhý symbol je
vyjádřen binárním kódem. Od jistého koeficientu, označovaného EOB (End of Block)
obsahuje sériový tok dat již pouze samé nuly. Stejnosměrný koeficient se může přenášet
samostatně nebo jako diference mezi hodnotou koeficientu současného a předchozího bloku.
Pro přenos signálu lze použít dva způsoby. Při sekvenčním módu se všechny
koeficienty jednoho bloku snímají postupně za sebou, a to se opakuje pro všechny bloky
obrazu. Doba přenosu celého obrazu je dlouhá. Mód progresivního kódování se používá při
prohlížení řady obrazů, kdy je vhodné pro hrubou orientaci zobrazit obraz bez podrobností.
Nejdříve se tedy přenášejí postupně ze všech bloků stejnosměrné koeficienty, poté první
střídavé koeficienty zase ze všech bloků, druhé koeficienty, atd. Obraz se postupně obohacuje
o podrobnosti (často užívaný způsob přenosu obrazů na síti Internet).
Popsané transformační kódování se používá u systémů JPEG (komprimační poměr 8
až 15) a MPEG. U
kódování pohyblivých obrazů se dosahuje další výrazné redukce redundance signálu v časové
oblasti využitím DPCM s podporou tzv. vektorů pohybu. Pro tyto operace se jasový signál
zpracovává v makroblocích. Jeden makroblok (16x16 vzorků) obsahuje čtyři jasové bloky a je
doplněn jedním blokem každého chrominančního signálu. Na výstupu součtového členu
v kodéru se vytváří rozdíly hodnot vzorků signálů právě kódovaného a předchozího
snímku. K dekodéru je přenášen pouze rozdílový signál. V případě, že dva po sobě jedoucí
snímky jsou identické (statická scéna), je diferenční signál nulový a nastává výrazné snížení
bitového toku signálu.
Plynulý sled snímků na vstupu kodéru je rozdělen na skupiny snímků GOP (Group of
Pictures), které se opakují obvykle po 12 snímcích (cca 0,5 s). Na začátku každé skupiny je
přenášen referenční snímek I (Intra frame), který se zpracovává bez predikce (bez DPCM),
pouze pomocí FDCT. Toto opatření umožňuje libovolný přístup k signálu (změna programu,
zapnutí TVP, atd.).
Ostatní snímky skupiny
mohou být snímky P
(Predict frame) nebo
snímky B (Bidirectional
frame). Při zpracování
snímku P se vytváří a
přenáší diference právě
kódovaného snímku P a
předchozího snímku I
nebo předchozího snímku
P. Touto dopřednou
jednosměrnou predikcí se
sníží přenosová rychlost
signálu asi dvakrát. Při
zpracování snímku B se
vytváří a přenáší
diference právě
kódovaného snímku B a
průměru vytvořeného
z minulého snímku (I
nebo P) a snímku (I nebo
P), který následuje po právě kódovaném snímku B. Obousměrnou predikcí se sníží přenosová
rychlost signálu až osminásobně. Poněvadž pro vytváření i rekonstrukci snímků B je třeba
znát snímky nejen předcházející, ale i následné, je nutné snímky před a po kódování vhodně
přemístit. Přenos rozdílových signálů se potom uskutečňuje v jiném sledu než odpovídá
sekvenci původních snímků.
symbol obsahuje údaj o počtu
nul (délka běhu - Run
Length) a počtu bitů
potřebných pro kódování
koeficientu. Druhý symbol
vyjadřuje hodnotu
koeficientu v binární podobě.
Z důvodů dalšího snížení
redundance signálu se pro
kódování prvního symbolu
používá Huffmanův kód
(entropické kódování,
kódování s proměnnou
délkou slova VLC - Variable
Length Coding). Často se vyskytující symboly jsou kódovány krátkými slovy, zatímco
sporadicky se vyskytující symboly jsou naopak kódovány dlouhými slovy. Druhý symbol je
vyjádřen binárním kódem. Od jistého koeficientu, označovaného EOB (End of Block)
obsahuje sériový tok dat již pouze samé nuly. Stejnosměrný koeficient se může přenášet
samostatně nebo jako diference mezi hodnotou koeficientu současného a předchozího bloku.
Pro přenos signálu lze použít dva způsoby. Při sekvenčním módu se všechny
koeficienty jednoho bloku snímají postupně za sebou, a to se opakuje pro všechny bloky
obrazu. Doba přenosu celého obrazu je dlouhá. Mód progresivního kódování se používá při
prohlížení řady obrazů, kdy je vhodné pro hrubou orientaci zobrazit obraz bez podrobností.
Nejdříve se tedy přenášejí postupně ze všech bloků stejnosměrné koeficienty, poté první
střídavé koeficienty zase ze všech bloků, druhé koeficienty, atd. Obraz se postupně obohacuje
o podrobnosti (často užívaný způsob přenosu obrazů na síti Internet).
Popsané transformační kódování se používá u systémů JPEG (komprimační poměr 8
až 15) a MPEG. U
kódování pohyblivých obrazů se dosahuje další výrazné redukce redundance signálu v časové
oblasti využitím DPCM s podporou tzv. vektorů pohybu. Pro tyto operace se jasový signál
zpracovává v makroblocích. Jeden makroblok (16x16 vzorků) obsahuje čtyři jasové bloky a je
doplněn jedním blokem každého chrominančního signálu. Na výstupu součtového členu
v kodéru se vytváří rozdíly hodnot vzorků signálů právě kódovaného a předchozího
snímku. K dekodéru je přenášen pouze rozdílový signál. V případě, že dva po sobě jedoucí
snímky jsou identické (statická scéna), je diferenční signál nulový a nastává výrazné snížení
bitového toku signálu.
Plynulý sled snímků na vstupu kodéru je rozdělen na skupiny snímků GOP (Group of
Pictures), které se opakují obvykle po 12 snímcích (cca 0,5 s). Na začátku každé skupiny je
přenášen referenční snímek I (Intra frame), který se zpracovává bez predikce (bez DPCM),
pouze pomocí FDCT. Toto opatření umožňuje libovolný přístup k signálu (změna programu,
zapnutí TVP, atd.).
Ostatní snímky skupiny
mohou být snímky P
(Predict frame) nebo
snímky B (Bidirectional
frame). Při zpracování
snímku P se vytváří a
přenáší diference právě
kódovaného snímku P a
předchozího snímku I
nebo předchozího snímku
P. Touto dopřednou
jednosměrnou predikcí se
sníží přenosová rychlost
signálu asi dvakrát. Při
zpracování snímku B se
vytváří a přenáší
diference právě
kódovaného snímku B a
průměru vytvořeného
z minulého snímku (I
nebo P) a snímku (I nebo
P), který následuje po právě kódovaném snímku B. Obousměrnou predikcí se sníží přenosová
rychlost signálu až osminásobně. Poněvadž pro vytváření i rekonstrukci snímků B je třeba
znát snímky nejen předcházející, ale i následné, je nutné snímky před a po kódování vhodně
přemístit. Přenos rozdílových signálů se potom uskutečňuje v jiném sledu než odpovídá
sekvenci původních snímků.
Thursday, August 7, 2008
16
. ). 1 2 ( cos .
16
. ). 1 2 ( cos ). , ( ). ( ). (
4
1 ) , (
7
0
7
0
π π v y u x y x g v C u C v u G
y x
+ +
= ∑ ∑
= =
, (2.3)
16
. ). 1 2 ( cos .
16
. ). 1 2 ( cos ). , ( ). ( ). (
4
1 ) , (
7
0
7
0
π π v y u x v u G v C u C y x g
v u
+ +
= ∑ ∑
= =
, (2.4)
kde ) , ( y x g je diskrétní funkce v prostorové oblasti, ) , ( v u G je diskrétní funkce v kmitočtové
oblasti, y x, jsou souřadnice v prostorové oblasti, v u, jsou souřadnice v kmitočtové oblasti,
( ) ( ) 707 , 0 = = v C u C pro 0 = = v u , ( ) ( ) 1 = = v C u C pro u >0 , v >0 . Výsledky transformace
pro různě korelované vzorky signálu jsou nakresleny na obr. 2.10 a obr. 2.11. Čím více budou
parametry obrazových bodů navzájem závislé, tím menší bude počet koeficientů po
transformaci (i jejich velikost) a výsledná přenosová rychlost signálu se výrazně sníží [13].
Frekvenční koeficient v pozici (0,0) představuje stejnosměrnou složku (střední
hodnotu) transformovaného signálu. V ní je soustředěna téměř celá energie signálu bloku.
Směrem k pozici (8,8) se zvyšuje kmitočet frekvenčních koeficientů, avšak jejich velikost
(některé mohou být i záporné) se většinou zmenšuje. Velikost koeficientů se po transformaci
upravuje kvantováním, tj. dělí se čísly v tzv. kvantizační matici. Ta je na základě statistických
výsledků pozorování experimentálně zvolena tak, aby koeficienty vyšších kmitočtů byly více
zmenšeny než koeficienty nižších kmitočtů (irelevantní části signálu). Výsledek dělení se
zaokrouhluje na celé číslo, malé koeficienty se zanedbávají. Tato úprava signálu je ztrátová.
Kvantizační tabulky pro jasový a chrominanční signál jsou různé a jejich obsahem lze měnit
kvalitu rekonstruovaného obrazu resp. komprimační poměr.
28 Rádiové a mobilní komunikace
Matice frekvenčních
koeficientů (po kvantování)
se vyčítá podle úhlopříčky
(cik-cak) což s výhodou
odpovídá postupnému
zmenšování hodnot
koeficientů se zvětšujícím se
kmitočtem. Kódují se
skupiny skládající se
z nenulového koeficientu a
počtu předcházejících nul.
Skupina je charakterizována
dvěma symboly.
. ). 1 2 ( cos .
16
. ). 1 2 ( cos ). , ( ). ( ). (
4
1 ) , (
7
0
7
0
π π v y u x y x g v C u C v u G
y x
+ +
= ∑ ∑
= =
, (2.3)
16
. ). 1 2 ( cos .
16
. ). 1 2 ( cos ). , ( ). ( ). (
4
1 ) , (
7
0
7
0
π π v y u x v u G v C u C y x g
v u
+ +
= ∑ ∑
= =
, (2.4)
kde ) , ( y x g je diskrétní funkce v prostorové oblasti, ) , ( v u G je diskrétní funkce v kmitočtové
oblasti, y x, jsou souřadnice v prostorové oblasti, v u, jsou souřadnice v kmitočtové oblasti,
( ) ( ) 707 , 0 = = v C u C pro 0 = = v u , ( ) ( ) 1 = = v C u C pro u >0 , v >0 . Výsledky transformace
pro různě korelované vzorky signálu jsou nakresleny na obr. 2.10 a obr. 2.11. Čím více budou
parametry obrazových bodů navzájem závislé, tím menší bude počet koeficientů po
transformaci (i jejich velikost) a výsledná přenosová rychlost signálu se výrazně sníží [13].
Frekvenční koeficient v pozici (0,0) představuje stejnosměrnou složku (střední
hodnotu) transformovaného signálu. V ní je soustředěna téměř celá energie signálu bloku.
Směrem k pozici (8,8) se zvyšuje kmitočet frekvenčních koeficientů, avšak jejich velikost
(některé mohou být i záporné) se většinou zmenšuje. Velikost koeficientů se po transformaci
upravuje kvantováním, tj. dělí se čísly v tzv. kvantizační matici. Ta je na základě statistických
výsledků pozorování experimentálně zvolena tak, aby koeficienty vyšších kmitočtů byly více
zmenšeny než koeficienty nižších kmitočtů (irelevantní části signálu). Výsledek dělení se
zaokrouhluje na celé číslo, malé koeficienty se zanedbávají. Tato úprava signálu je ztrátová.
Kvantizační tabulky pro jasový a chrominanční signál jsou různé a jejich obsahem lze měnit
kvalitu rekonstruovaného obrazu resp. komprimační poměr.
28 Rádiové a mobilní komunikace
Matice frekvenčních
koeficientů (po kvantování)
se vyčítá podle úhlopříčky
(cik-cak) což s výhodou
odpovídá postupnému
zmenšování hodnot
koeficientů se zvětšujícím se
kmitočtem. Kódují se
skupiny skládající se
z nenulového koeficientu a
počtu předcházejících nul.
Skupina je charakterizována
dvěma symboly.
Friday, August 1, 2008
Zdrojové kódování obrazových signálů
Při snímání barevných obrazů v kvalitě odpovídající běžnému televiznímu vysílání se
vytváří analogový jasový signál s kmitočtovým rozsahem 0 až 6 MHz (norma CCIR-D,K) a
dva analogové chrominanční signály s kmitočtovými rozsahy 0 až 1,6 MHz. Při digitalizaci
těchto signálů pomocí PCM je podle doporučení ITU-R 601 vzorkovací kmitočet pro jasový
signál 13,5 MHz a pro chrominanční signály je vzorkovací kmitočet 6,75 MHz. Jednotlivé
vzorky jsou kvantovány 8 bity, tj. do 256 kvantovacích úrovní. Bitová rychlost jasového
signálu je s Mbit / 108 a každý chrominanční signál má bitovou rychlost s Mbit / 54 . Všechny
Rádiové a mobilní komunikace 27
tři signály jsou multiplexovány do jednoho výsledného toku, jehož přenosová rychlost je
s Mbit / 216 (108+54+54). Při redukci bitové toku signálů statických obrazů se nejčastěji
využívá metody transformačního kódování. U pohyblivých obrazů se navíc využívá při
redukci i tzv. vektorů pohybu a predikce snímků nebo půlsnímků.
Před transformací jsou jednotlivé matice obrazový bodů pro jasový a dva
chrominanční signály (u systému JPEG má jasová matice 720 sloupců a 576 řádků, obě
chrominanční matice mají počet řádků i sloupců poloviční) rozděleny na bloky, nejčastěji 8x8
bodů (celkem 64 obrazových bodů – pixelů, pelů). Rozměry bloků jsou stanoveny jako
kompromis mezi výslednou kvalitou rekonstruovaného obrazu a složitostí resp. dobou
výpočtu. Bloky jasového i chrominančních signálů se zpracovávají stejným způsobem avšak
odděleně. Jednotlivé vzorky bloku jsou reprezentovány koeficienty (hodnota jasu nebo
chrominance) v časové oblasti, které jsou transformací (tj. přepočítáním podle jistých
pravidel) transformovány na jiné koeficienty v kmitočtové oblasti. Původní vzájemná
závislost jednotlivých koeficientů (v důsledku korelace parametrů obrazových bodů) je
transformací odstraněna, přičemž počet nových koeficientů (nenulových) je menší než počet
koeficientů původních. Z několik možných transformací (např. Karhunen - Loeveho,
Walshova - Hadamardova, aj.) se jako kompromis mezi přijatelným výsledkem a složitostí
realizace nejčastěji používá dvourozměrná diskrétní kosinová transformace DCT (Discrete
Cosine Transform), kterou lze odvodit z diskrétní Fourierovy transformace vhodnou
substitucí. Pro blok 8x8 bodů platí pro přímou DCT (FDCT) a inverzní DCT (IDCT)
transformační vztahy
Při snímání barevných obrazů v kvalitě odpovídající běžnému televiznímu vysílání se
vytváří analogový jasový signál s kmitočtovým rozsahem 0 až 6 MHz (norma CCIR-D,K) a
dva analogové chrominanční signály s kmitočtovými rozsahy 0 až 1,6 MHz. Při digitalizaci
těchto signálů pomocí PCM je podle doporučení ITU-R 601 vzorkovací kmitočet pro jasový
signál 13,5 MHz a pro chrominanční signály je vzorkovací kmitočet 6,75 MHz. Jednotlivé
vzorky jsou kvantovány 8 bity, tj. do 256 kvantovacích úrovní. Bitová rychlost jasového
signálu je s Mbit / 108 a každý chrominanční signál má bitovou rychlost s Mbit / 54 . Všechny
Rádiové a mobilní komunikace 27
tři signály jsou multiplexovány do jednoho výsledného toku, jehož přenosová rychlost je
s Mbit / 216 (108+54+54). Při redukci bitové toku signálů statických obrazů se nejčastěji
využívá metody transformačního kódování. U pohyblivých obrazů se navíc využívá při
redukci i tzv. vektorů pohybu a predikce snímků nebo půlsnímků.
Před transformací jsou jednotlivé matice obrazový bodů pro jasový a dva
chrominanční signály (u systému JPEG má jasová matice 720 sloupců a 576 řádků, obě
chrominanční matice mají počet řádků i sloupců poloviční) rozděleny na bloky, nejčastěji 8x8
bodů (celkem 64 obrazových bodů – pixelů, pelů). Rozměry bloků jsou stanoveny jako
kompromis mezi výslednou kvalitou rekonstruovaného obrazu a složitostí resp. dobou
výpočtu. Bloky jasového i chrominančních signálů se zpracovávají stejným způsobem avšak
odděleně. Jednotlivé vzorky bloku jsou reprezentovány koeficienty (hodnota jasu nebo
chrominance) v časové oblasti, které jsou transformací (tj. přepočítáním podle jistých
pravidel) transformovány na jiné koeficienty v kmitočtové oblasti. Původní vzájemná
závislost jednotlivých koeficientů (v důsledku korelace parametrů obrazových bodů) je
transformací odstraněna, přičemž počet nových koeficientů (nenulových) je menší než počet
koeficientů původních. Z několik možných transformací (např. Karhunen - Loeveho,
Walshova - Hadamardova, aj.) se jako kompromis mezi přijatelným výsledkem a složitostí
realizace nejčastěji používá dvourozměrná diskrétní kosinová transformace DCT (Discrete
Cosine Transform), kterou lze odvodit z diskrétní Fourierovy transformace vhodnou
substitucí. Pro blok 8x8 bodů platí pro přímou DCT (FDCT) a inverzní DCT (IDCT)
transformační vztahy
Wednesday, July 30, 2008
MPEG 1 – úroveň 1 (Audio Layer 1) je nejjednodušší avšak pro nejkvalitnější signál
poskytuje jen malou redukci přenosové rychlosti, např. ze s kbit / 768 na s kbit / 448 .
MPEG 1 – úroveň 2 (Audio Layer 2) vychází ze systému MUSICAM (Masking pattern
MPEG 1 – úroveň 3 (Audio Layer 3) Používá modifikovanou diskrétní kosinovou
transformaci MDCT. Dále snižuje bitovou rychlost, ale dekodér je složitý.
MPEG 2 – úrovně 1, 2 a 3. Používá se v systému DVB (Digital Video Broadcasting)
pro přenos několika kanálů zvukového doprovodu (pěti až šesti kanálový Dolby
Surround Sound). Používá poloviční vzorkovací frekvence než MPEG1. Při nízkých
přenosových rychlostech je jakost zvuku lepší než u MPEG1.
Nejjednodušší zdrojové kódování umožňuje systém MPEG 1 – úroveň 1. Blokové
schéma kodéru je nakresleno na obr. 2.9. Analogový akustický signál se nejdříve pomocí
modulace PCM převádí na signál digitální. Výsledná přenosová rychlost pro monofonní
signál, vzorkovací kmitočet 48 kHz a kvantování do 65536 úrovní, tedy pomocí 16 bitových
slov, je s kbit / 768 . V kodéru je signál rozdělen do skupin po 384 vzorcích (již v digitální
formě), tedy po 6144 16 . 384 = bitech. Každá skupina má dobu trvání ( ) 8 10 . 48 1 . 384 3 = ms
a nazývá se rámec dat, zkráceně rámec. Každý rámec je transformován z časové do
kmitočtové oblasti a vzniklé spektrum je rozděleno na 32 stejně širokých kmitočtových úseků
- subpásem. Šířka každého subpásma je 750 Hz. Kmitočtové spektrum se vzorkuje kmitočtem
jehož hodnota je rovna 32 1 původního vzorkovacího kmitočtu u PCM, tj.
kHz 5 , 1 32 10 . 48 3 = . Tento proces se nazývá „podvzorkování“ spektra. Ve 32 subpásmech je
26 Rádiové a mobilní komunikace
celkem 384 32 . 12 = vzorků. Po dobu 8 ms je tedy v každém subpásmu 12 kmitočtových
vzorků různé velikosti, z nichž se vybere jeden, který má největší velikost a podle něj kodér
určí tzv. měřítko (scale factor). Tím se za dobu 8 ms získá pro celý rámec 32 měřítek (činitelů
měřítka), které mají rozhodující význam pro stanovení maskovacích prahů v každém dílčím
pásmu jednoho rámce.
Součástí kodéru je tzv. psychoakustický model, pomocí kterého je modelováno lidské
sluchové vnímání. V tomto modelu se porovnávají činitelé měřítka s hodnotami stanovenými
statisticky (metodami z mnoha praktických pokusů) a stanoví se v něm hladina ještě
maskovaného kvantizačního šumu. Podle přípustné hladiny kvantizačního šumu je přidělen
každému subpásmu určitý počet bitů pro postupné kvantování všech jeho vzorků. Počet
přidělených bitů je pro všech 12 vzorků jednoho subpásma stejný, pro různá subpásma však
může být různý. Pohybuje s v rozmezí od 2 do 15 (oproti původní hodnotě 16) a výrazně
přispívá ke snížení přenosové rychlosti signálu. Ze všech 32 subpásem s kvantovanými
kmitočtovými koeficienty se ve výstupním bloku vytváří komprimovaný digitální signál
s volitelnou přenosovou rychlostí v rozmezí od s kbit / 448 (pro nejjakostnější signály) do
s kbit / 32 (nejmenší kvalita),
poskytuje jen malou redukci přenosové rychlosti, např. ze s kbit / 768 na s kbit / 448 .
MPEG 1 – úroveň 2 (Audio Layer 2) vychází ze systému MUSICAM (Masking pattern
MPEG 1 – úroveň 3 (Audio Layer 3) Používá modifikovanou diskrétní kosinovou
transformaci MDCT. Dále snižuje bitovou rychlost, ale dekodér je složitý.
MPEG 2 – úrovně 1, 2 a 3. Používá se v systému DVB (Digital Video Broadcasting)
pro přenos několika kanálů zvukového doprovodu (pěti až šesti kanálový Dolby
Surround Sound). Používá poloviční vzorkovací frekvence než MPEG1. Při nízkých
přenosových rychlostech je jakost zvuku lepší než u MPEG1.
Nejjednodušší zdrojové kódování umožňuje systém MPEG 1 – úroveň 1. Blokové
schéma kodéru je nakresleno na obr. 2.9. Analogový akustický signál se nejdříve pomocí
modulace PCM převádí na signál digitální. Výsledná přenosová rychlost pro monofonní
signál, vzorkovací kmitočet 48 kHz a kvantování do 65536 úrovní, tedy pomocí 16 bitových
slov, je s kbit / 768 . V kodéru je signál rozdělen do skupin po 384 vzorcích (již v digitální
formě), tedy po 6144 16 . 384 = bitech. Každá skupina má dobu trvání ( ) 8 10 . 48 1 . 384 3 = ms
a nazývá se rámec dat, zkráceně rámec. Každý rámec je transformován z časové do
kmitočtové oblasti a vzniklé spektrum je rozděleno na 32 stejně širokých kmitočtových úseků
- subpásem. Šířka každého subpásma je 750 Hz. Kmitočtové spektrum se vzorkuje kmitočtem
jehož hodnota je rovna 32 1 původního vzorkovacího kmitočtu u PCM, tj.
kHz 5 , 1 32 10 . 48 3 = . Tento proces se nazývá „podvzorkování“ spektra. Ve 32 subpásmech je
26 Rádiové a mobilní komunikace
celkem 384 32 . 12 = vzorků. Po dobu 8 ms je tedy v každém subpásmu 12 kmitočtových
vzorků různé velikosti, z nichž se vybere jeden, který má největší velikost a podle něj kodér
určí tzv. měřítko (scale factor). Tím se za dobu 8 ms získá pro celý rámec 32 měřítek (činitelů
měřítka), které mají rozhodující význam pro stanovení maskovacích prahů v každém dílčím
pásmu jednoho rámce.
Součástí kodéru je tzv. psychoakustický model, pomocí kterého je modelováno lidské
sluchové vnímání. V tomto modelu se porovnávají činitelé měřítka s hodnotami stanovenými
statisticky (metodami z mnoha praktických pokusů) a stanoví se v něm hladina ještě
maskovaného kvantizačního šumu. Podle přípustné hladiny kvantizačního šumu je přidělen
každému subpásmu určitý počet bitů pro postupné kvantování všech jeho vzorků. Počet
přidělených bitů je pro všech 12 vzorků jednoho subpásma stejný, pro různá subpásma však
může být různý. Pohybuje s v rozmezí od 2 do 15 (oproti původní hodnotě 16) a výrazně
přispívá ke snížení přenosové rychlosti signálu. Ze všech 32 subpásem s kvantovanými
kmitočtovými koeficienty se ve výstupním bloku vytváří komprimovaný digitální signál
s volitelnou přenosovou rychlostí v rozmezí od s kbit / 448 (pro nejjakostnější signály) do
s kbit / 32 (nejmenší kvalita),
Tuesday, July 8, 2008
maskovacím prahem,
Takové signály proto není třeba
uvažovat a tedy ani přenášet, neboť
na přijímací straně by stejně nebyly
posluchačem vnímány. Průběhy
křivek maskovacích prahů byly
získány na základě výsledků testů
prováděných na velkém počtu
posluchačů (psychologická
akustika). Maskovací práh se také
nazývá práh právě pozorovatelného zkreslení JND (Just Noticeable Distortion). Odstup
maskovacího signálu od úrovně jím vytvořeného maskovacího prahu na určitém kmitočtu se
označuje jako poměr signál – maskování SMR (Signal to Mask Ratio).
Poněvadž průběhy maskovacích prahů jsou závislé na kmitočtu, je výhodné
zpracovávat akustický signál odděleně v dílčích kmitočtových pásmech neboli subpásmech –
subpásmové kódování SBC (SubBand Coding), obvykle stejné šířky pásma,
Podle nejsilnějších složek zvukového signálu a jím odpovídajícím
průběhům maskovacích prahů, lze stanovit pro každé subpásmo maximální úroveň
kvantizačního šumu (obecně maskovaného signálu), který bude užitečným (obecně
maskujícím) signálem maskován a z ní určit počet bitů potřebných pro kvantování signálu.
Tím se dosáhne výrazné redukce přenosové rychlosti signálu, aniž by se na přijímací straně
zhoršila subjektivně vnímaná kvalita reprodukovaného zvuku. Při přenosu reálného signálu,
který své spektrum s časem mění, je třeba v krátkých časových intervalech signál neustále
analyzovat a inovovat úrovně kvantizačního šumu v každém subpásmu. To má za následek
změnu počtu bitů pro kvantování signálu v každém subpásmu a tím i změnu výsledné
přenosové rychlosti signálu. Časové intervaly jsou voleny tak, aby se využilo i maskovacího
efektu lidského sluchu v časové oblasti. Uvedené jevy a principy se využívají v následujících
systémech zdrojového kódování akustických signálů.
Takové signály proto není třeba
uvažovat a tedy ani přenášet, neboť
na přijímací straně by stejně nebyly
posluchačem vnímány. Průběhy
křivek maskovacích prahů byly
získány na základě výsledků testů
prováděných na velkém počtu
posluchačů (psychologická
akustika). Maskovací práh se také
nazývá práh právě pozorovatelného zkreslení JND (Just Noticeable Distortion). Odstup
maskovacího signálu od úrovně jím vytvořeného maskovacího prahu na určitém kmitočtu se
označuje jako poměr signál – maskování SMR (Signal to Mask Ratio).
Poněvadž průběhy maskovacích prahů jsou závislé na kmitočtu, je výhodné
zpracovávat akustický signál odděleně v dílčích kmitočtových pásmech neboli subpásmech –
subpásmové kódování SBC (SubBand Coding), obvykle stejné šířky pásma,
Podle nejsilnějších složek zvukového signálu a jím odpovídajícím
průběhům maskovacích prahů, lze stanovit pro každé subpásmo maximální úroveň
kvantizačního šumu (obecně maskovaného signálu), který bude užitečným (obecně
maskujícím) signálem maskován a z ní určit počet bitů potřebných pro kvantování signálu.
Tím se dosáhne výrazné redukce přenosové rychlosti signálu, aniž by se na přijímací straně
zhoršila subjektivně vnímaná kvalita reprodukovaného zvuku. Při přenosu reálného signálu,
který své spektrum s časem mění, je třeba v krátkých časových intervalech signál neustále
analyzovat a inovovat úrovně kvantizačního šumu v každém subpásmu. To má za následek
změnu počtu bitů pro kvantování signálu v každém subpásmu a tím i změnu výsledné
přenosové rychlosti signálu. Časové intervaly jsou voleny tak, aby se využilo i maskovacího
efektu lidského sluchu v časové oblasti. Uvedené jevy a principy se využívají v následujících
systémech zdrojového kódování akustických signálů.
Monday, June 23, 2008
a) Křivky současné slyšitelnosti při maskování jednotlivých kmitočtů
úzkopásmovým šumem s šířkou pásma 160 Hz, konstantní hladinou a třemi
středními kmitočty
b) Závislost maskování jednotlivých kmitočtů na amplitudě maskujícího
úzkopásmového šumu [13]
24 Rádiové a mobilní komunikace
zvuku T sinusového průběhu o určité akustické hladině T L maskována silnějším
úzkopásmovým šumem určité hladiny Š L , se nazývají prahy současné slyšitelnosti. Průběhy
prahů slyšitelnosti závisí na kmitočtu, hladině akustického tlaku a spektrálním složení zvuku,
jak ukazují obr. 2.6.b,c (maskování v kmitočtové oblasti - simultánní maskování). Maskovací
jev však nastává i v případě, kdy maskovaný krátkodobý signál určité hladiny přichází až po
ukončení maskujícího signálu vyšší hladiny, v době do 10 ms. Při delším intervalu než 10 ms
maskování slábne a při intervalu 200 ms již zcela zaniká. Maskován může být rovněž krátký
zvukový impuls, následuje-li po něm nejdéle do 5 ms maskující signál (maskování v časové
oblasti – nesimultánní maskování).
Při zdrojovém kódování
akustických signálů se využívá
opačného jevu, při němž určitý
sinusový signál daného kmitočtu a
hladiny maskuje všechny ostatní
signály včetně šumu a rušení, jejichž
kmitočet a úroveň leží pod
úzkopásmovým šumem s šířkou pásma 160 Hz, konstantní hladinou a třemi
středními kmitočty
b) Závislost maskování jednotlivých kmitočtů na amplitudě maskujícího
úzkopásmového šumu [13]
24 Rádiové a mobilní komunikace
zvuku T sinusového průběhu o určité akustické hladině T L maskována silnějším
úzkopásmovým šumem určité hladiny Š L , se nazývají prahy současné slyšitelnosti. Průběhy
prahů slyšitelnosti závisí na kmitočtu, hladině akustického tlaku a spektrálním složení zvuku,
jak ukazují obr. 2.6.b,c (maskování v kmitočtové oblasti - simultánní maskování). Maskovací
jev však nastává i v případě, kdy maskovaný krátkodobý signál určité hladiny přichází až po
ukončení maskujícího signálu vyšší hladiny, v době do 10 ms. Při delším intervalu než 10 ms
maskování slábne a při intervalu 200 ms již zcela zaniká. Maskován může být rovněž krátký
zvukový impuls, následuje-li po něm nejdéle do 5 ms maskující signál (maskování v časové
oblasti – nesimultánní maskování).
Při zdrojovém kódování
akustických signálů se využívá
opačného jevu, při němž určitý
sinusový signál daného kmitočtu a
hladiny maskuje všechny ostatní
signály včetně šumu a rušení, jejichž
kmitočet a úroveň leží pod
Thursday, June 19, 2008
Zdrojové kódování akustických signálů
Používá se při kódování kvalitních akustických signálů v kmitočtovém rozsahu cca 10
Hz až 20 kHz. Využívá maskovacího jevu lidského sluchu, při kterém je užitečným
signálem maskován kvantizační šum.
Člověk vnímá zvuky pouze v kmitočtovém pásmu od cca 16 Hz do cca 16 kHz. Za
práh slyšitelnosti je považovaná kmitočtová závislost akustického tlaku P při níž lidský
sluch přestává vnímat sinusový akustický signál (křivky na obr. 2.6.a,b vycházející z bodů
dB L 70 ≅ ). Horní hranici akustického tlaku určuje práh bolesti (nevnímáme zvuk, ale jen
bolest). Úroveň (hladina) tlaku je dána vztahem
[ ] dB
P
P L log 20
0
= , (2.2)
kde Pa P µ 20 0 = . Při současném vnímání několika různých zvukových signálů delších než
200 ms může jeden signál potlačovat slyšitelnost jiného signálu, i když jejich kmitočty jsou
různé. Říkáme, že jej při své určité úrovni akustického tlaku maskuje (např. tikot hodin je
maskován zvukem TVP). Křivky udávající hladinu akustického tlaku, od které je slyšitelnost
a) b)
Používá se při kódování kvalitních akustických signálů v kmitočtovém rozsahu cca 10
Hz až 20 kHz. Využívá maskovacího jevu lidského sluchu, při kterém je užitečným
signálem maskován kvantizační šum.
Člověk vnímá zvuky pouze v kmitočtovém pásmu od cca 16 Hz do cca 16 kHz. Za
práh slyšitelnosti je považovaná kmitočtová závislost akustického tlaku P při níž lidský
sluch přestává vnímat sinusový akustický signál (křivky na obr. 2.6.a,b vycházející z bodů
dB L 70 ≅ ). Horní hranici akustického tlaku určuje práh bolesti (nevnímáme zvuk, ale jen
bolest). Úroveň (hladina) tlaku je dána vztahem
[ ] dB
P
P L log 20
0
= , (2.2)
kde Pa P µ 20 0 = . Při současném vnímání několika různých zvukových signálů delších než
200 ms může jeden signál potlačovat slyšitelnost jiného signálu, i když jejich kmitočty jsou
různé. Říkáme, že jej při své určité úrovni akustického tlaku maskuje (např. tikot hodin je
maskován zvukem TVP). Křivky udávající hladinu akustického tlaku, od které je slyšitelnost
a) b)
Sunday, June 15, 2008
Multiimpulzní buzení MPE (Multi Pulse Excitation) - vzájemná poloha i velikosti
budících impulzů se určují po jednom. Dosahovaná přenosová rychlost je v rozmezí 8 až
16 kbit/s.
Rádiové a mobilní komunikace 23
Regulární buzení RPE (Regular Pulse Excitation) - vzájemná poloha impulzů je přesně
stanovena. Určuje se tedy pouze poloha prvního impulzu a velikosti všech impulzů.
Dosahovaná přenosová rychlost je v rozmezí 8 až 16 kbit/s.
Kódové buzení CELP (Code Excited Linear Prediction) - jednotlivé posloupnosti
budících impulsů jsou uloženy v paměti (kódové knize). Na přijímací stranu se přenáší
pouze adresa příslušné posloupnosti. Dosahuje se přenosové rychlosti s kbit / 4 a menší,
avšak vokodéry jsou složité, [10], [12].
Poznámka: Těsně po standardizaci hovorových kodérů, dosahujících přenosových rychlostí
cca s kbit / 8 , se podařilo vyrobit rychlejší signálové procesory, jejichž použití
znamenalo snížení přenosové rychlosti kodérů na polovinu. Od té doby se
původní kodéry označují jako kodéry s plnou rychlostí FR (Full Rate) a
kodéry s novými procesory se označují jako kodéry s poloviční rychlostí HR
budících impulzů se určují po jednom. Dosahovaná přenosová rychlost je v rozmezí 8 až
16 kbit/s.
Rádiové a mobilní komunikace 23
Regulární buzení RPE (Regular Pulse Excitation) - vzájemná poloha impulzů je přesně
stanovena. Určuje se tedy pouze poloha prvního impulzu a velikosti všech impulzů.
Dosahovaná přenosová rychlost je v rozmezí 8 až 16 kbit/s.
Kódové buzení CELP (Code Excited Linear Prediction) - jednotlivé posloupnosti
budících impulsů jsou uloženy v paměti (kódové knize). Na přijímací stranu se přenáší
pouze adresa příslušné posloupnosti. Dosahuje se přenosové rychlosti s kbit / 4 a menší,
avšak vokodéry jsou složité, [10], [12].
Poznámka: Těsně po standardizaci hovorových kodérů, dosahujících přenosových rychlostí
cca s kbit / 8 , se podařilo vyrobit rychlejší signálové procesory, jejichž použití
znamenalo snížení přenosové rychlosti kodérů na polovinu. Od té doby se
původní kodéry označují jako kodéry s plnou rychlostí FR (Full Rate) a
kodéry s novými procesory se označují jako kodéry s poloviční rychlostí HR
Monday, June 9, 2008
Hybridní zdrojové kódování
Spojují přednosti obou předchozích způsobů kódování. Výstupní hovorový signál se
opět vytváří jako odezva filtru s vhodně nastavenými parametry na budící signál, který je však
generován složitějším způsobem. Již se nerozlišují znělé a neznělé hlásky, a proto se ani
nepoužívá dvou budících (excitačních) signálů. Využívá se multiimpulzní excitace, při které
je v krátkém časovém intervalu generováno několik úzkých impulzů (např. 4 impulzy za 5
ms), jejichž velikosti a vzájemné polohy jsou určeny tak, aby rozdíl mezi signálem původním
a syntetizovaným byl minimální.
Součástí zdrojového kodéru je i dekodér (stejný jako na přijímací straně), který již na
vysílací straně vytváří syntetizovaný signál, jež se odečítá od signálu vstupního a vzniklá
chyba se minimalizuje na základě smyslového (perceptuálního) vnímání. Minimalizovaný
chybový signál se přenáší komunikačním kanálem k syntezátoru a současně se pomocí něj
nastavuje excitační generátor syntezátoru ve vysílací části. Za generátorem jsou zařazeny
v kaskádě dva filtry. U prvního, tzv. krátkodobého korelačního filtru, jsou parametry
vypočítány pouze z několika (8 až 16) předchozích predikovaných vzorků. Následující, tzv.
dlouhodobý korelační filtr, realizuje dlouhodobou predikci LTP (Long Term Prediction),
která zjemňuje hovorové spektrum. Podle způsobu buzení (minimalizace chyby) se rozlišují
následující systémy.
opět vytváří jako odezva filtru s vhodně nastavenými parametry na budící signál, který je však
generován složitějším způsobem. Již se nerozlišují znělé a neznělé hlásky, a proto se ani
nepoužívá dvou budících (excitačních) signálů. Využívá se multiimpulzní excitace, při které
je v krátkém časovém intervalu generováno několik úzkých impulzů (např. 4 impulzy za 5
ms), jejichž velikosti a vzájemné polohy jsou určeny tak, aby rozdíl mezi signálem původním
a syntetizovaným byl minimální.
Součástí zdrojového kodéru je i dekodér (stejný jako na přijímací straně), který již na
vysílací straně vytváří syntetizovaný signál, jež se odečítá od signálu vstupního a vzniklá
chyba se minimalizuje na základě smyslového (perceptuálního) vnímání. Minimalizovaný
chybový signál se přenáší komunikačním kanálem k syntezátoru a současně se pomocí něj
nastavuje excitační generátor syntezátoru ve vysílací části. Za generátorem jsou zařazeny
v kaskádě dva filtry. U prvního, tzv. krátkodobého korelačního filtru, jsou parametry
vypočítány pouze z několika (8 až 16) předchozích predikovaných vzorků. Následující, tzv.
dlouhodobý korelační filtr, realizuje dlouhodobou predikci LTP (Long Term Prediction),
která zjemňuje hovorové spektrum. Podle způsobu buzení (minimalizace chyby) se rozlišují
následující systémy.
Sunday, June 8, 2008
Parametry jednotlivých bloků hovorového syntezátoru jsou určeny na základě analýzy
hovorového signálu mluvící osoby, která se provádí ve vysílací části vokodéru. Do přijímací
části vokodéru se tedy
komunikačním kanálem
nepřenáší hovorový
signál, ale pouze
nejdůležitější parametry
získané na základě jeho
analýzy.
Zdrojové
kódování hovorového
signálu se provádí ve
vysílací části vokodéru.
Hovorový analogový
signál je v analogověčíslicovém
převodníku
převeden na signál
digitální, přičemž jednotlivé vzorky mohou být pro potřeby následné analýzy vyjádřeny až 13 bity. Následuje
segmentování signálu, tj. jeho rozdělení na časové úseky o délce 10 až 30 ms. Po tuto dobu
lze považovat vlastnosti hlasového traktu za konstantní. Následuje proces analýzy signálu
jehož výsledkem je stanovení znělosti resp. neznělosti hlásky Z-N, periody základního tónu
hlasu 0 T , velikosti úrovně signálu G a především určení několika parametrů filtru PF
(deskriptorů) modelujícího hlasový trakt. Získané signály jsou multiplexovány a přenášeny
komunikačním kanálem k syntezátoru.
hovorového signálu mluvící osoby, která se provádí ve vysílací části vokodéru. Do přijímací
části vokodéru se tedy
komunikačním kanálem
nepřenáší hovorový
signál, ale pouze
nejdůležitější parametry
získané na základě jeho
analýzy.
Zdrojové
kódování hovorového
signálu se provádí ve
vysílací části vokodéru.
Hovorový analogový
signál je v analogověčíslicovém
převodníku
převeden na signál
digitální, přičemž jednotlivé vzorky mohou být pro potřeby následné analýzy vyjádřeny až 13 bity. Následuje
segmentování signálu, tj. jeho rozdělení na časové úseky o délce 10 až 30 ms. Po tuto dobu
lze považovat vlastnosti hlasového traktu za konstantní. Následuje proces analýzy signálu
jehož výsledkem je stanovení znělosti resp. neznělosti hlásky Z-N, periody základního tónu
hlasu 0 T , velikosti úrovně signálu G a především určení několika parametrů filtru PF
(deskriptorů) modelujícího hlasový trakt. Získané signály jsou multiplexovány a přenášeny
komunikačním kanálem k syntezátoru.
Thursday, May 22, 2008
Parametrické zdrojové kódování
Vokodéry používané pro parametrické zdrojové kódování jsou konstruovány na
základě poznatků o lidském hlasu a hlasového traktu.Srovnáním
detailních výseků časových průběhů pro samohlásku „I“ a souhlásku „S“ je vidět, že charakter
těchto signálů je zcela odlišný. Zatímco časový průběh signálu odpovídající souhlásce „S“ má
náhodný charakter a podobá se šumovému signálu, v časovém průběhu signálu u samohlásky
„I“ je vidět jistá periodicita a deterministický charakter. Lidská řeč se skládá ze znělých
hlásek (kvaziperiodický charakter signálu), neznělých hlásek (pseudonáhodný charakter
signálu) a mezer.
Jednoduchý fyziologický model hlasového traktu ,kde jsou
vyznačeny všechny lidské orgány a části lidského těla, které se podílí na tvorbě hlasu.
Základním parametrem lidského hlasu je tzv. perioda základního tónu hlasu 0 T . Její
převrácená hodnota se nazývá kmitočet základního tónu nebo také základní hlasový kmitočet
(pitch) a pohybuje se v rozmezí 50 až 400 Hz. Každý člověk má jiný základní hlasový
kmitočet jehož hodnota se může měnit i v průběhu hovoru.
Rádiové a mobilní komunikace 21
Na základě
fyziologického modelu byl
sestaven elektrický model
pro syntézu řeči, který je
základem i pro obvodové
řešení vokodérů
s lineárním prediktivním
kódováním LPC (Linear
Predictive Coding), u nichž
se zpracování signálů
provádí v časové oblasti.
Jeho jednoduché blokové
schéma je nakresleno na
Hovorový signál
se vytváří v přijímací části
vokodéru (hovorovém
syntezátoru), která se
skládá z šumového a
impulzového generátoru,
filtru, zesilovače a
reproduktoru. Na výstupu
impulzového generátoru je
impulzový signál
s opakovací periodou 0 T ,
která je typická pro mluvící
osobu. Přepínač výstupních
signálů generátorů je
nastavován podle toho, zda
je vytvářena znělá nebo
neznělá hláska. Budící (excitační) signál přichází do filtru, který v závislosti na nastavení
svých parametrů modeluje vlastnosti hlasového traktu mluvící osoby. Výstupní signál je
zesílen v zesilovači a přiveden do reproduktoru.
základě poznatků o lidském hlasu a hlasového traktu.Srovnáním
detailních výseků časových průběhů pro samohlásku „I“ a souhlásku „S“ je vidět, že charakter
těchto signálů je zcela odlišný. Zatímco časový průběh signálu odpovídající souhlásce „S“ má
náhodný charakter a podobá se šumovému signálu, v časovém průběhu signálu u samohlásky
„I“ je vidět jistá periodicita a deterministický charakter. Lidská řeč se skládá ze znělých
hlásek (kvaziperiodický charakter signálu), neznělých hlásek (pseudonáhodný charakter
signálu) a mezer.
Jednoduchý fyziologický model hlasového traktu ,kde jsou
vyznačeny všechny lidské orgány a části lidského těla, které se podílí na tvorbě hlasu.
Základním parametrem lidského hlasu je tzv. perioda základního tónu hlasu 0 T . Její
převrácená hodnota se nazývá kmitočet základního tónu nebo také základní hlasový kmitočet
(pitch) a pohybuje se v rozmezí 50 až 400 Hz. Každý člověk má jiný základní hlasový
kmitočet jehož hodnota se může měnit i v průběhu hovoru.
Rádiové a mobilní komunikace 21
Na základě
fyziologického modelu byl
sestaven elektrický model
pro syntézu řeči, který je
základem i pro obvodové
řešení vokodérů
s lineárním prediktivním
kódováním LPC (Linear
Predictive Coding), u nichž
se zpracování signálů
provádí v časové oblasti.
Jeho jednoduché blokové
schéma je nakresleno na
Hovorový signál
se vytváří v přijímací části
vokodéru (hovorovém
syntezátoru), která se
skládá z šumového a
impulzového generátoru,
filtru, zesilovače a
reproduktoru. Na výstupu
impulzového generátoru je
impulzový signál
s opakovací periodou 0 T ,
která je typická pro mluvící
osobu. Přepínač výstupních
signálů generátorů je
nastavován podle toho, zda
je vytvářena znělá nebo
neznělá hláska. Budící (excitační) signál přichází do filtru, který v závislosti na nastavení
svých parametrů modeluje vlastnosti hlasového traktu mluvící osoby. Výstupní signál je
zesílen v zesilovači a přiveden do reproduktoru.
Monday, May 19, 2008
Nevýhodu zkreslení přetížením strmosti potlačuje modulace Delta s proměnným
kvantizačním krokem, označovaná rovněž jako adaptivní modulace Delta ADM. Pokud má
vstupní signál velkou strmost, kvantizační krok se zvětší, při malé strmosti se naopak zmenší.
Změna velikosti kvantizačních kroků se řídí podle různých algoritmů. Například u známého
Winklerova algoritmu se při výskytu dvou po sobě jdoucích stejných symbolů zvětší
Adaptace
kvantování
Adaptace
predikce
Kódování Vzorkování
Predikce
Kvantování +
+
+
-
Vstup
kodéru
Výstup
ADPCM
Σ
Σ
: Zdrojový kodér ADPCM
20 Rádiové a mobilní komunikace
kvantizační krok dvojnásobně. Rekonstruovaný signál tak lépe aproximuje vstupní signál než
v případě LDM.
Výrazného zlepšení kvality rekonstruovaného signálu lze dosáhnout použitím adaptivní
diferenciální impulzové kódované modulace ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code
Modulation), která již respektuje řadu zvláštností hovorového signálu. Od DPCM se liší
v tom, že místo lineárního kvantování a lineární predikce používá adaptivní kvantování AQ a
adaptivní predikci AP. Používané adaptivní algoritmy jsou jednoduché neboť časové změny
parametrů hovorových signálů jsou relativně pomalé. Při adaptivním kvantování je velikost
kvantovacích kroků funkcí okamžiků vzorkování a tedy funkcí času. Na rozdíl od ADM, kdy
se kvantizační krok mění podle strmosti vstupního analogového signálu, se u ADPCM mění
kvantizační krok za účelem redukce dynamického rozsahu kvantizačního šumu. U adaptivní
predikce se pro stanovení koeficientů predikce využívá nekvantovaných nebo kvantovaných
vzorků signálu. Výsledný efekt adaptivních procesů spočívá ve zlepšení poměru signálkvantizační
šum o hodnotu 8 až 12 dB vůči PCM. Blokové schéma kodéru ADPCM je
nakresleno na obr. 2.2. Bloky Adaptace kvantování a Adaptace predikce vytváří řídící signály
pro adaptivní kvantování a predikci buď z parametrů výstupního nebo vstupního (již
vzorkovaného) signálu.
Kodeky (KOdér a DEKodér) ADPCM jsou standardizovány doporučením ITU (G.721,
G.726) a používají se hlavně u systémů bezšňůrových telefonů CT2 a DECT. Přenosová
rychlost signálu na výstupu kodéru je s kbit / 32 a rekonstruovaný hovorový signál má
srovnatelnou kvalitu jako signál PCM s přenosovou rychlostí s kbit / 64 .
kvantizačním krokem, označovaná rovněž jako adaptivní modulace Delta ADM. Pokud má
vstupní signál velkou strmost, kvantizační krok se zvětší, při malé strmosti se naopak zmenší.
Změna velikosti kvantizačních kroků se řídí podle různých algoritmů. Například u známého
Winklerova algoritmu se při výskytu dvou po sobě jdoucích stejných symbolů zvětší
Adaptace
kvantování
Adaptace
predikce
Kódování Vzorkování
Predikce
Kvantování +
+
+
-
Vstup
kodéru
Výstup
ADPCM
Σ
Σ
: Zdrojový kodér ADPCM
20 Rádiové a mobilní komunikace
kvantizační krok dvojnásobně. Rekonstruovaný signál tak lépe aproximuje vstupní signál než
v případě LDM.
Výrazného zlepšení kvality rekonstruovaného signálu lze dosáhnout použitím adaptivní
diferenciální impulzové kódované modulace ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code
Modulation), která již respektuje řadu zvláštností hovorového signálu. Od DPCM se liší
v tom, že místo lineárního kvantování a lineární predikce používá adaptivní kvantování AQ a
adaptivní predikci AP. Používané adaptivní algoritmy jsou jednoduché neboť časové změny
parametrů hovorových signálů jsou relativně pomalé. Při adaptivním kvantování je velikost
kvantovacích kroků funkcí okamžiků vzorkování a tedy funkcí času. Na rozdíl od ADM, kdy
se kvantizační krok mění podle strmosti vstupního analogového signálu, se u ADPCM mění
kvantizační krok za účelem redukce dynamického rozsahu kvantizačního šumu. U adaptivní
predikce se pro stanovení koeficientů predikce využívá nekvantovaných nebo kvantovaných
vzorků signálu. Výsledný efekt adaptivních procesů spočívá ve zlepšení poměru signálkvantizační
šum o hodnotu 8 až 12 dB vůči PCM. Blokové schéma kodéru ADPCM je
nakresleno na obr. 2.2. Bloky Adaptace kvantování a Adaptace predikce vytváří řídící signály
pro adaptivní kvantování a predikci buď z parametrů výstupního nebo vstupního (již
vzorkovaného) signálu.
Kodeky (KOdér a DEKodér) ADPCM jsou standardizovány doporučením ITU (G.721,
G.726) a používají se hlavně u systémů bezšňůrových telefonů CT2 a DECT. Přenosová
rychlost signálu na výstupu kodéru je s kbit / 32 a rekonstruovaný hovorový signál má
srovnatelnou kvalitu jako signál PCM s přenosovou rychlostí s kbit / 64 .
Thursday, May 15, 2008
Zdrojové kódování a dekódování DPCM
Další možností redukce bitového toku je použití modulace Delta DM, u které je rozdíl
kvantovaného vzorku a vzorku předchozího kvantován pouze do dvou kvantovacích úrovní,
které jsou kódovány pouze jediným bitem. Lze ji tedy považovat za jednoduchou variantu
modulace DPCM, kde predikovaná hodnota každého vzorku je rovna hodnotě vzorku
předchozího.
Nevýhodou tohoto
způsobu kódování je
především „zkreslení
přetížením strmosti“,
které se projevuje tím,
že rekonstruovaný
signál nesleduje
prudké změny
velikosti vstupního
signálu, např. strmé
skokové změny. Další
nevýhodou je
zkreslení nazývané
„granulační šum“,
který má charakter
kvantizačního šumu a
projevuje se nejvíce při kódování signálu s konstantní úrovní. Rekonstruovaný signál střídavě
mění v každé vzorkovací periodě svoji hodnotu o velikost kvantizačního kroku kolem
skutečného průběhu. Jestliže je pro libovolnou úroveň vstupního signálu kvantizační krok
konstantní, označuje se modulace Delta jako lineární - LDM.
Další možností redukce bitového toku je použití modulace Delta DM, u které je rozdíl
kvantovaného vzorku a vzorku předchozího kvantován pouze do dvou kvantovacích úrovní,
které jsou kódovány pouze jediným bitem. Lze ji tedy považovat za jednoduchou variantu
modulace DPCM, kde predikovaná hodnota každého vzorku je rovna hodnotě vzorku
předchozího.
Nevýhodou tohoto
způsobu kódování je
především „zkreslení
přetížením strmosti“,
které se projevuje tím,
že rekonstruovaný
signál nesleduje
prudké změny
velikosti vstupního
signálu, např. strmé
skokové změny. Další
nevýhodou je
zkreslení nazývané
„granulační šum“,
který má charakter
kvantizačního šumu a
projevuje se nejvíce při kódování signálu s konstantní úrovní. Rekonstruovaný signál střídavě
mění v každé vzorkovací periodě svoji hodnotu o velikost kvantizačního kroku kolem
skutečného průběhu. Jestliže je pro libovolnou úroveň vstupního signálu kvantizační krok
konstantní, označuje se modulace Delta jako lineární - LDM.
Friday, May 2, 2008
Zdrojové kódování tvaru vlny
K nejjednodušším způsobům tohoto kódování patří známá impulzová kódovaná
modulace PCM (Pulse Code Modulation), realizující převod analogového signálu na
digitální ve třech krocích – vzorkování, kvantování a kódování. Pro hovorový analogový
signál v telefonní kvalitě, tedy s kmitočtovým rozsahem 300 až 3400 Hz, se s ohledem na
vzorkovací teorém volí vzorkovací kmitočet 8 kHz, tj. za každou sekundu se vytváří 8000
vzorků signálu. Počet kvantovacích hladin je dán dynamikou vstupního signálu a určuje
kvantizační šum obsažený v digitálním signálu. Velikost každého vzorku je přiřazena
(zaokrouhlena) k nejbližší úrovni jedné z 256 kvantovacích hladin. Úroveň každé kvantovací
hladiny je vyjádřena osmibitovým číslem. Přenosová rychlost výstupního digitálního signálu
je tedy s kbit s bit / 64 / 64000 8 . 8000 = = . Tuto hodnotu lze považovat za výchozí pro
srovnání dalších způsobů zdrojového kódování hovorových signálů.
Rádiové a mobilní komunikace 19
Redukci bitového toku lze dosáhnout použitím diferenční impulzové kódované
modulace DPCM (Differential Pulse Code Modulation). Na rozdíl od kódování PCM, kdy je
přenášena informace o velikosti celého vzorku, se u kódování DPCM přenáší informace
pouze o rozdílu kvantovaného vzorku a jeho predikované (předpokládané) hodnoty, odvozené
obvykle z jednoho případně několika předchozích vzorků. Rozdílový signál je ve srovnání
s predikovanou hodnotou vzorku daleko menší, takže jeho velikost lze vyjádřit menším
počtem bitů. Predikovaná hodnota vzorku představuje redundantní informaci signálu a
nepřenáší se. Blokové schéma kodéru i dekodéru DPCM je nakresleno na obr. 2.1.
Predikovaný signál se vytváří pomocí pamětí nebo zpožďovacích obvodů.
+
K nejjednodušším způsobům tohoto kódování patří známá impulzová kódovaná
modulace PCM (Pulse Code Modulation), realizující převod analogového signálu na
digitální ve třech krocích – vzorkování, kvantování a kódování. Pro hovorový analogový
signál v telefonní kvalitě, tedy s kmitočtovým rozsahem 300 až 3400 Hz, se s ohledem na
vzorkovací teorém volí vzorkovací kmitočet 8 kHz, tj. za každou sekundu se vytváří 8000
vzorků signálu. Počet kvantovacích hladin je dán dynamikou vstupního signálu a určuje
kvantizační šum obsažený v digitálním signálu. Velikost každého vzorku je přiřazena
(zaokrouhlena) k nejbližší úrovni jedné z 256 kvantovacích hladin. Úroveň každé kvantovací
hladiny je vyjádřena osmibitovým číslem. Přenosová rychlost výstupního digitálního signálu
je tedy s kbit s bit / 64 / 64000 8 . 8000 = = . Tuto hodnotu lze považovat za výchozí pro
srovnání dalších způsobů zdrojového kódování hovorových signálů.
Rádiové a mobilní komunikace 19
Redukci bitového toku lze dosáhnout použitím diferenční impulzové kódované
modulace DPCM (Differential Pulse Code Modulation). Na rozdíl od kódování PCM, kdy je
přenášena informace o velikosti celého vzorku, se u kódování DPCM přenáší informace
pouze o rozdílu kvantovaného vzorku a jeho predikované (předpokládané) hodnoty, odvozené
obvykle z jednoho případně několika předchozích vzorků. Rozdílový signál je ve srovnání
s predikovanou hodnotou vzorku daleko menší, takže jeho velikost lze vyjádřit menším
počtem bitů. Predikovaná hodnota vzorku představuje redundantní informaci signálu a
nepřenáší se. Blokové schéma kodéru i dekodéru DPCM je nakresleno na obr. 2.1.
Predikovaný signál se vytváří pomocí pamětí nebo zpožďovacích obvodů.
+
Saturday, April 26, 2008
přijatelná, 2 – špatná, 1 – nepřijatelná. Kvalita 4 se označuje také jako „hovorová“, kvalita 3-4
jako „komunikační“ a kvalita 3 a menší jako „syntetická“.
Zdrojové kódování akustických signálů, s kmitočtovým rozsahem 10 Hz až 20 kHz u
nichž se vyžaduje vysoká věrnost reprodukce, se provádí s využití poznatků psychoakustiky a
s pomocí rychlých signálových procesorů. Využívá se zejména subpásmového kódování SBC
(Subband-Coding) a maskovacího efektu lidského sluchu. Používané kódovací systémy lze
rozdělit do dvou základních skupin, a to na systémy s prediktivním kódováním a systémy
s transformačním kódováním. Uvedené zdrojové kódování se používá také u perspektivních
rozhlasových a televizních digitálních systémů DAB (Digital Audio Broadcasting) a DVB
(Digital Video Broadcasting).
U obrazových signálů s kmitočtovým rozsahem do 6 MHz se vyskytují dva základní
typy redundance, a to prostorová a časová. Jednotlivé body obrazu jsou charakterizovány
základními parametry, a to jasem, barevným tónem a sytostí, které bývají vyjádřeny jasovým
a dvěma chrominančními signály. Prostorová redundance vzniká v důsledku vzájemné
korelace jednotlivých parametrů sousedních bodů obrazu. K její redukci se používá
transformačního kódování, které je tím účinnější, čím větší je vzájemná korelace příslušných
parametrů sousedních bodů obrazu. U obrazu, jehož jasový signál má charakter šumového
signálu, je vzájemná korelace parametrů sousedních bodů velice nízká, případně nulová, a
proto zdrojové kódování přestává být účinné – nedochází téměř k žádné redukci bitového
toku. U pohyblivých obrazů se kromě prostorové redundance uplatňuje i redundance časová.
Ta vzniká v důsledku toho, že parametry jednotlivých bodů obrazu jsou v následujícím i
předchozím snímku znatelně korelovány (pokud se ovšem právě skokem nezmění scéna –
například střih na hlasatelku, atd.). K redukci časové redundance se využívá predikce pomocí
snímků I (Intra Frame), P (Predict Frame) a B (Bidirectional Frame), kombinované s tzv.
vektory pohybu. Ke snížení přenosové rychlosti bitového toku obrazových signálů napomáhá
také potlačení irelevantní složky v obrazovém signálu. Využívá se především maskovacího
jevu lidského zraku, který spočívá v omezených schopnostech lidského oka rozeznat jemné
prostorové detaily, detaily barevných ploch, atd. Míra redukce irelevance je subjektivní
veličinou a její stanovení se provádí statistickým vyhodnocením výsledků hodnocení kvality
obrazu velkým množství pozorovatelů. Lze ji nastavit vhodným kvantováním koeficientů
získaných po transformaci. K nejznámějším systémům zdrojového kódování obrazů patří
standardy JPEG (Joint Photographic Experts Group) a MPEG (Motion Picture Experts
Group). Kompresní poměr lze nastavovat v závislosti na požadované kvalitě obrazu
v širokých mezích a může dosahovat hodnot až cca 150:1.
jako „komunikační“ a kvalita 3 a menší jako „syntetická“.
Zdrojové kódování akustických signálů, s kmitočtovým rozsahem 10 Hz až 20 kHz u
nichž se vyžaduje vysoká věrnost reprodukce, se provádí s využití poznatků psychoakustiky a
s pomocí rychlých signálových procesorů. Využívá se zejména subpásmového kódování SBC
(Subband-Coding) a maskovacího efektu lidského sluchu. Používané kódovací systémy lze
rozdělit do dvou základních skupin, a to na systémy s prediktivním kódováním a systémy
s transformačním kódováním. Uvedené zdrojové kódování se používá také u perspektivních
rozhlasových a televizních digitálních systémů DAB (Digital Audio Broadcasting) a DVB
(Digital Video Broadcasting).
U obrazových signálů s kmitočtovým rozsahem do 6 MHz se vyskytují dva základní
typy redundance, a to prostorová a časová. Jednotlivé body obrazu jsou charakterizovány
základními parametry, a to jasem, barevným tónem a sytostí, které bývají vyjádřeny jasovým
a dvěma chrominančními signály. Prostorová redundance vzniká v důsledku vzájemné
korelace jednotlivých parametrů sousedních bodů obrazu. K její redukci se používá
transformačního kódování, které je tím účinnější, čím větší je vzájemná korelace příslušných
parametrů sousedních bodů obrazu. U obrazu, jehož jasový signál má charakter šumového
signálu, je vzájemná korelace parametrů sousedních bodů velice nízká, případně nulová, a
proto zdrojové kódování přestává být účinné – nedochází téměř k žádné redukci bitového
toku. U pohyblivých obrazů se kromě prostorové redundance uplatňuje i redundance časová.
Ta vzniká v důsledku toho, že parametry jednotlivých bodů obrazu jsou v následujícím i
předchozím snímku znatelně korelovány (pokud se ovšem právě skokem nezmění scéna –
například střih na hlasatelku, atd.). K redukci časové redundance se využívá predikce pomocí
snímků I (Intra Frame), P (Predict Frame) a B (Bidirectional Frame), kombinované s tzv.
vektory pohybu. Ke snížení přenosové rychlosti bitového toku obrazových signálů napomáhá
také potlačení irelevantní složky v obrazovém signálu. Využívá se především maskovacího
jevu lidského zraku, který spočívá v omezených schopnostech lidského oka rozeznat jemné
prostorové detaily, detaily barevných ploch, atd. Míra redukce irelevance je subjektivní
veličinou a její stanovení se provádí statistickým vyhodnocením výsledků hodnocení kvality
obrazu velkým množství pozorovatelů. Lze ji nastavit vhodným kvantováním koeficientů
získaných po transformaci. K nejznámějším systémům zdrojového kódování obrazů patří
standardy JPEG (Joint Photographic Experts Group) a MPEG (Motion Picture Experts
Group). Kompresní poměr lze nastavovat v závislosti na požadované kvalitě obrazu
v širokých mezích a může dosahovat hodnot až cca 150:1.
Saturday, April 19, 2008
Pro zdrojové kódování hovorových (řečových) signálů (horní mezní kmitočet
nejvýše 4 kHz) se používají kodéry, které lze rozdělit do tří základních skupin. První z nich
jsou kodéry tvarového průběhu (Waveform Coders), realizující tzv. zdrojové kódování tvaru
vlny. Jsou konstruovány tak, aby se časový průběh analogového signálu na výstupu dekodéru
co nejvíce shodoval s časovým průběhem analogového signálu na vstupu kodéru. Druhou
skupinu tvoří vokodéry (Vocoders, Voice Coders), realizující tzv. parametrické zdrojové
kódování. Při tomto způsobu kódování není přenášen původní signál, ale pouze jeho
charakteristické parametry, vytvořené na základě analýzy původního signálu. Na přijímací
straně je pomocí těchto parametrů řízen syntezátor hovorových signálů. Reprodukovaný
signál má výrazný syntetický charakter. Třetí skupinu tvoří kodéry hybridní, které vznikají
kombinací kodérů obou předchozích skupin a vhodným způsobem spojují jejich přednosti.
Realizují hybridní zdrojové kódování. Kodéry všech tří uvedených skupin jsou relativně
jednoduché a tedy i levné, avšak redukce bitové rychlosti není příliš vysoká (kompresní
poměr je v rozmezí 2:1 až cca. 25:1). Hodnocení jejich kvality se provádí podle kritéria MOS
(Mean Option Score), které rozeznává 5 stupňů kvality: 5 – vynikající, 4 – dobrá, 3 –
18 Rádiové a mobilní komunikace
nejvýše 4 kHz) se používají kodéry, které lze rozdělit do tří základních skupin. První z nich
jsou kodéry tvarového průběhu (Waveform Coders), realizující tzv. zdrojové kódování tvaru
vlny. Jsou konstruovány tak, aby se časový průběh analogového signálu na výstupu dekodéru
co nejvíce shodoval s časovým průběhem analogového signálu na vstupu kodéru. Druhou
skupinu tvoří vokodéry (Vocoders, Voice Coders), realizující tzv. parametrické zdrojové
kódování. Při tomto způsobu kódování není přenášen původní signál, ale pouze jeho
charakteristické parametry, vytvořené na základě analýzy původního signálu. Na přijímací
straně je pomocí těchto parametrů řízen syntezátor hovorových signálů. Reprodukovaný
signál má výrazný syntetický charakter. Třetí skupinu tvoří kodéry hybridní, které vznikají
kombinací kodérů obou předchozích skupin a vhodným způsobem spojují jejich přednosti.
Realizují hybridní zdrojové kódování. Kodéry všech tří uvedených skupin jsou relativně
jednoduché a tedy i levné, avšak redukce bitové rychlosti není příliš vysoká (kompresní
poměr je v rozmezí 2:1 až cca. 25:1). Hodnocení jejich kvality se provádí podle kritéria MOS
(Mean Option Score), které rozeznává 5 stupňů kvality: 5 – vynikající, 4 – dobrá, 3 –
18 Rádiové a mobilní komunikace
Wednesday, April 9, 2008
Výsledkem
zdrojového kódování je snížení přenosové rychlosti signálu, což se projeví v nižších
požadavcích na šířku pásma rádiového kanálu. Kvantitativní posouzení procesu zdrojového
kódování se provádí pomocí veličiny nazývané komprimační neboli kompresní poměr
CR (Compress Ratio), definované vztahem
[ ] − =
výst
vst
R
R CR , (2.1)
kde vst R a výst R jsou přenosové rychlosti digitálních signálů na vstupu a výstupu kodéru
zdroje, vyjádřené v s bit / . Kompresní poměr se také někdy udává ve tvaru x:1, např. 5:1.
Poznámka: Redundance (nadbytečnost) je definována jako větší množství dat, než je
množství nezbytně nutné pro přenos dané informace vzhledem ke ztrátám
v komunikačním kanálu. Je to tedy množství znaků, symbolů nebo bitů
v uvažovaném digitálním signálu, které je možné eliminovat, aniž by došlo ke
ztrátě užitečné informace. Redukce redundance je vratný proces, [10].
Irelevance je definována jako nepodstatná (zbytečná) složka informace, kterou
je možné ve zdrojovém kodéru zcela potlačit a dále již nepřenášet, neboť
příjemcem na přijímací straně stejně nemůže být vnímána. Redukce irelevance
je nevratný proces, představující ztrátu informace, [10].
Ne všechny systémy používané pro zdrojové kódování odstraňují redundanci a
irelevanci až přímo u digitálního signálu. U některých systémů se procesy analogovědigitálního
převodu a redukce redundance a irelevance provádějí v opačném pořadí, případně
se vzájemně prolínají. Výsledná přenosová rychlost digitálního signálu souvisí s šířkou pásma
původního analogového signálu (resp. s šířkou pásma signálu, který má být reprodukován na
přijímací straně) a počtem kvantovacích hladin. V závislosti na maximálním kmitočtu spektra
signálu se volí vzorkovací kmitočet a počet kvantovacích hladin určuje počet bitů pro
vyjádření jednoho vzorku signálu. Čím menší bude počet hladin, tím méně bitů bude
potřebných pro vyjádření každého vzorku signálu a tím menší bude i výsledná přenosová
rychlost. Zmenšení počtu kvantovacích hladin má však za následek zvýšení kvantizačního
šumu rekonstruovaného signálu na přijímací straně.
zdrojového kódování je snížení přenosové rychlosti signálu, což se projeví v nižších
požadavcích na šířku pásma rádiového kanálu. Kvantitativní posouzení procesu zdrojového
kódování se provádí pomocí veličiny nazývané komprimační neboli kompresní poměr
CR (Compress Ratio), definované vztahem
[ ] − =
výst
vst
R
R CR , (2.1)
kde vst R a výst R jsou přenosové rychlosti digitálních signálů na vstupu a výstupu kodéru
zdroje, vyjádřené v s bit / . Kompresní poměr se také někdy udává ve tvaru x:1, např. 5:1.
Poznámka: Redundance (nadbytečnost) je definována jako větší množství dat, než je
množství nezbytně nutné pro přenos dané informace vzhledem ke ztrátám
v komunikačním kanálu. Je to tedy množství znaků, symbolů nebo bitů
v uvažovaném digitálním signálu, které je možné eliminovat, aniž by došlo ke
ztrátě užitečné informace. Redukce redundance je vratný proces, [10].
Irelevance je definována jako nepodstatná (zbytečná) složka informace, kterou
je možné ve zdrojovém kodéru zcela potlačit a dále již nepřenášet, neboť
příjemcem na přijímací straně stejně nemůže být vnímána. Redukce irelevance
je nevratný proces, představující ztrátu informace, [10].
Ne všechny systémy používané pro zdrojové kódování odstraňují redundanci a
irelevanci až přímo u digitálního signálu. U některých systémů se procesy analogovědigitálního
převodu a redukce redundance a irelevance provádějí v opačném pořadí, případně
se vzájemně prolínají. Výsledná přenosová rychlost digitálního signálu souvisí s šířkou pásma
původního analogového signálu (resp. s šířkou pásma signálu, který má být reprodukován na
přijímací straně) a počtem kvantovacích hladin. V závislosti na maximálním kmitočtu spektra
signálu se volí vzorkovací kmitočet a počet kvantovacích hladin určuje počet bitů pro
vyjádření jednoho vzorku signálu. Čím menší bude počet hladin, tím méně bitů bude
potřebných pro vyjádření každého vzorku signálu a tím menší bude i výsledná přenosová
rychlost. Zmenšení počtu kvantovacích hladin má však za následek zvýšení kvantizačního
šumu rekonstruovaného signálu na přijímací straně.
Monday, April 7, 2008
Kontrolní otázky
1. Popište mechanismus šíření rádiových vln v různých kmitočtových pásmech.
2. K čemu slouží kmitočtové tabulky?
3. Jaké znáte hlediska pro rozdělení radiokomunikačních systémů?
4. Nakreslete blokové schéma radiokomunikačního systému a vysvětlete funkci
jednotlivých bloků.
5. Napište Shannon-Hartleyův vztah, vysvětlete jednotlivé symboly a uveďte k čemu se
tento vztah používá.
6. Jaký tvar má radiokomunikační rovnice? Vysvětlete jednotlivé symboly.
2 Zpracování signálů
2.1 Zdrojové kódování
Libovolná informace, která má být přenesena digitálním radiokomunikačním
systémem, musí být nejdříve převedena na elektrický signál. K tomu účelu slouží převodníky
mechanických, optických, zvukových a jiných veličin na veličiny elektrické, nejčastěji napětí.
Vytvořený elektrický signál, obvykle v analogové podobě, se převádí na signál digitální
v analogově-digitálním převodníku, který může, ale nemusí být součástí kodéru zdroje
signálu.
Hlavním úkolem kodéru zdroje signálu neboli zdrojového kodéru je odstranit ze
signálu redundantní a irelevantní informace, případně je snížit na nejmenší míru. Proces
zdrojového kódování je nutný především při zpracování hovorových, zvukových a
obrazových signálů, které obsahují velké množství redundantních a irelevantních informací. U
Rádiové a mobilní komunikace 17
digitálních signálů generovaných počítačem je proces zdrojového kódování většinou zbytečný
neboť redundance a irelevance jsou u těchto signálů již minimalizovány.
1. Popište mechanismus šíření rádiových vln v různých kmitočtových pásmech.
2. K čemu slouží kmitočtové tabulky?
3. Jaké znáte hlediska pro rozdělení radiokomunikačních systémů?
4. Nakreslete blokové schéma radiokomunikačního systému a vysvětlete funkci
jednotlivých bloků.
5. Napište Shannon-Hartleyův vztah, vysvětlete jednotlivé symboly a uveďte k čemu se
tento vztah používá.
6. Jaký tvar má radiokomunikační rovnice? Vysvětlete jednotlivé symboly.
2 Zpracování signálů
2.1 Zdrojové kódování
Libovolná informace, která má být přenesena digitálním radiokomunikačním
systémem, musí být nejdříve převedena na elektrický signál. K tomu účelu slouží převodníky
mechanických, optických, zvukových a jiných veličin na veličiny elektrické, nejčastěji napětí.
Vytvořený elektrický signál, obvykle v analogové podobě, se převádí na signál digitální
v analogově-digitálním převodníku, který může, ale nemusí být součástí kodéru zdroje
signálu.
Hlavním úkolem kodéru zdroje signálu neboli zdrojového kodéru je odstranit ze
signálu redundantní a irelevantní informace, případně je snížit na nejmenší míru. Proces
zdrojového kódování je nutný především při zpracování hovorových, zvukových a
obrazových signálů, které obsahují velké množství redundantních a irelevantních informací. U
Rádiové a mobilní komunikace 17
digitálních signálů generovaných počítačem je proces zdrojového kódování většinou zbytečný
neboť redundance a irelevance jsou u těchto signálů již minimalizovány.
Wednesday, April 2, 2008
Realizace těchto
systémů je podstatně složitější než systémů klasických, jejich výhody však převažují. Kromě
velké přenosové kapacity také velice efektivně využívají kmitočtové spektrum, které mohou
sdílet i s jinými radiokomunikačními systémy aniž by se vzájemně rušily. Dále mohou
pracovat v prostředí s vysokou úrovní poruch a rušení (i úmyslného), mají schopnost účinně
potlačovat úniky signálu a jejich činnost je velice obtížně identifikovatelná. Zpracování
signálu s poměrem 1 ≤ N S se v těchto systémech provádí na základě korelačního principu.
Výchozím bodem návrhu radiokomunikačního systému je radiokomunikační rovnice
umožňující ze zadaných parametrů výpočet (případně i volbu) parametrů ostatních. Nejčastěji
se udává ve tvaru
0 0
2
.
. . 4
N
P
T k
G L L
d
G P r r
p t t =
ϕ π
λ . (1.9)
Jednotlivé symboly v této rovnici označují :
t P ..... celkový střední výkon vysílače měřený v napájecím bodě antény,
t G .... zisk vysílací antény,
λ ...... délka vlny,
d ..... vzdálenost mezi vysílací a přijímací anténou,
ϕ L .... ztráty nepřesným zaměřením antény (mohou se výrazně projevit především u vysoce
směrových antén),
p L .... ztráty polarizační (projevují se v případě, kdy elektromagnetické vlny dopadající na
anténu mají odlišnou polarizaci, než pro kterou je anténa určena),
r G .... zisk přijímací antény,
0 T ..... celková šumová teplota přijímacího systému (je dána součtem šumových teplot všech
částí systému - přijímače, antény, napáječe, ale i atmosféry, povrchu země, aj.),
Obr. 1.3: Závislost normované přenosové kapacity
a poměru signál-šum radiokomunikačního
systému na normované šířce pásma
16 Rádiové a mobilní komunikace
r P ..... střední výkon na výstupu přijímací antény,
0 0 .T k N = ..... spektrální výkonová hustota šumu na vstupu přijímače .
Součin t t G P . se nazývá efektivní izotropický vyzařovaný výkon a označuje se
zkratkou EIRP. Poměr zisku přijímací antény r G a šumové teploty přijímacího systému 0 T
se nazývá jakostní číslo přijímače a značí se T G , přičemž obě veličiny jsou vztaženy ke
vstupu přijímače.
Z radiokomunikační rovnice (1.9) lze určit, kromě jiných veličin, také výkon r P na
vstupu přijímače. Jeho hodnota by měla být vždy větší než určitý minimální výkon
min r P nutný pro správnou činnost navrhovaného systému. U analogových systémů musí být při
výkonu min r P zaručen požadovaný odstup signál-šum za demodulátorem, u digitálním
systémů musí být zaručena požadovaná chybovost BER. Pomocí veličiny min r P se určuje tzv.
systémový zisk definovaný vztahy
[ ] [ ] [ ] dBm P dBm P dB G r t dB syst min − = nebo [ ]
min
r
t
syst P
P G = − . (1.10)
Systémový zisk dB syst G musí být větší (minimálně rovný) než součet všech ztrát zmenšený o
zisky přijímací a vysílací antény.
systémů je podstatně složitější než systémů klasických, jejich výhody však převažují. Kromě
velké přenosové kapacity také velice efektivně využívají kmitočtové spektrum, které mohou
sdílet i s jinými radiokomunikačními systémy aniž by se vzájemně rušily. Dále mohou
pracovat v prostředí s vysokou úrovní poruch a rušení (i úmyslného), mají schopnost účinně
potlačovat úniky signálu a jejich činnost je velice obtížně identifikovatelná. Zpracování
signálu s poměrem 1 ≤ N S se v těchto systémech provádí na základě korelačního principu.
Výchozím bodem návrhu radiokomunikačního systému je radiokomunikační rovnice
umožňující ze zadaných parametrů výpočet (případně i volbu) parametrů ostatních. Nejčastěji
se udává ve tvaru
0 0
2
.
. . 4
N
P
T k
G L L
d
G P r r
p t t =
ϕ π
λ . (1.9)
Jednotlivé symboly v této rovnici označují :
t P ..... celkový střední výkon vysílače měřený v napájecím bodě antény,
t G .... zisk vysílací antény,
λ ...... délka vlny,
d ..... vzdálenost mezi vysílací a přijímací anténou,
ϕ L .... ztráty nepřesným zaměřením antény (mohou se výrazně projevit především u vysoce
směrových antén),
p L .... ztráty polarizační (projevují se v případě, kdy elektromagnetické vlny dopadající na
anténu mají odlišnou polarizaci, než pro kterou je anténa určena),
r G .... zisk přijímací antény,
0 T ..... celková šumová teplota přijímacího systému (je dána součtem šumových teplot všech
částí systému - přijímače, antény, napáječe, ale i atmosféry, povrchu země, aj.),
Obr. 1.3: Závislost normované přenosové kapacity
a poměru signál-šum radiokomunikačního
systému na normované šířce pásma
16 Rádiové a mobilní komunikace
r P ..... střední výkon na výstupu přijímací antény,
0 0 .T k N = ..... spektrální výkonová hustota šumu na vstupu přijímače .
Součin t t G P . se nazývá efektivní izotropický vyzařovaný výkon a označuje se
zkratkou EIRP. Poměr zisku přijímací antény r G a šumové teploty přijímacího systému 0 T
se nazývá jakostní číslo přijímače a značí se T G , přičemž obě veličiny jsou vztaženy ke
vstupu přijímače.
Z radiokomunikační rovnice (1.9) lze určit, kromě jiných veličin, také výkon r P na
vstupu přijímače. Jeho hodnota by měla být vždy větší než určitý minimální výkon
min r P nutný pro správnou činnost navrhovaného systému. U analogových systémů musí být při
výkonu min r P zaručen požadovaný odstup signál-šum za demodulátorem, u digitálním
systémů musí být zaručena požadovaná chybovost BER. Pomocí veličiny min r P se určuje tzv.
systémový zisk definovaný vztahy
[ ] [ ] [ ] dBm P dBm P dB G r t dB syst min − = nebo [ ]
min
r
t
syst P
P G = − . (1.10)
Systémový zisk dB syst G musí být větší (minimálně rovný) než součet všech ztrát zmenšený o
zisky přijímací a vysílací antény.
Thursday, March 27, 2008
Rádiové a mobilní komunikace
Z uvedených průběhů
vyplývá, že s poklesem
normované šířky pásma 0 B B
pod hodnotu 1 klesá velice
rychle i normovaná přenosová
kapacita 0 B C , zatímco poměr
signál-šum N S se prudce
zvyšuje. Tato oblast
(vyznačená v obrázku tmavě)
charakterizuje současné, tzv.
úzkopásmové
radiokomunikační systémy,
které pracují s poměrem
signál-šum mnohem větším
než 1, avšak jejich normovaná
přenosová kapacita je hodně
vzdálená od dosažitelného
maxima Hz s bit B C . / 443 , 1 0 = . Pro normovanou šířku pásma větší než 1 se normovaná
přenosová kapacita začíná pozvolna blížit teoretickému maximu a poměr signál-šum se
zmenšuje pod hodnotu 1. Tato část obrázku charakterizuje perspektivní, tzv. širokopásmové
radiokomunikační systémy, které se označují jako systémy s rozprostřeným spektrem nebo
systémy s kódovým multiplexem CDMA (Code Division Multiple Access).
Z uvedených průběhů
vyplývá, že s poklesem
normované šířky pásma 0 B B
pod hodnotu 1 klesá velice
rychle i normovaná přenosová
kapacita 0 B C , zatímco poměr
signál-šum N S se prudce
zvyšuje. Tato oblast
(vyznačená v obrázku tmavě)
charakterizuje současné, tzv.
úzkopásmové
radiokomunikační systémy,
které pracují s poměrem
signál-šum mnohem větším
než 1, avšak jejich normovaná
přenosová kapacita je hodně
vzdálená od dosažitelného
maxima Hz s bit B C . / 443 , 1 0 = . Pro normovanou šířku pásma větší než 1 se normovaná
přenosová kapacita začíná pozvolna blížit teoretickému maximu a poměr signál-šum se
zmenšuje pod hodnotu 1. Tato část obrázku charakterizuje perspektivní, tzv. širokopásmové
radiokomunikační systémy, které se označují jako systémy s rozprostřeným spektrem nebo
systémy s kódovým multiplexem CDMA (Code Division Multiple Access).
Tuesday, March 25, 2008
Praktické pokusy při realizaci optimálních metod kódování i modulace však vedou
k extrémnímu nárůstu složitosti použitých obvodů.
Jak vyplývá ze vztahu (1.4), lze požadovanou kapacituC systému dosáhnout různými
kombinacemi hodnot parametrů B , S a N . Stejné kapacity C systému lze dosáhnout buď
s malou šířkou pásma B a velkým poměrem signál-šum na vstupu přijímače (tj. použitím
velkých vysílacích výkonů a vysílacích antén s velkým ziskem) nebo s velkou šířkou pásma
B a malým poměrem signál-šum na vstupu přijímače (systémy s malými vysílacími výkony).
Střední hodnotu výkonu šumu N lze vyjádřit pomocí spektrální výkonové hustoty šumu
0 N vztahem
0 . N B N = . (1.5)
Zavedením nové veličiny 0 B můžeme pro střední hodnotu výkonu signálu S psát
0 0 . N B S = . (1.6)
Z uvedeného vztahu vyplývá, že nová veličina 0 B je šířka pásma radiokomunikačního kanálu,
při které je střední hodnota výkonu šumu N rovna střední hodnotě výkonu signálu S , tj.
poměr signál-šum je roven jedné. Dosazením (1.7) do (1.4) a dělením celé rovnice veličinou
0 B dostáváme normovaný tvar Shannonova - Hartleyova vztahu
+ =
+
=
x
x
B
B
B
B
B
C 1 1 log . 1 log . 2
0
2
0 0
, (1.8)
kde
0 B
C ............. je normovaná přenosová kapacita,
0 B
B x = ...... je normovaná (poměrná) šířka pásma.
Poněvadž normovaná přenosová kapacita závisí podle (1.8) již pouze na jediné proměnné,
kterou je normovaná šířka pásma, lze tuto závislost znázornit graficky, jak je uvedeno na
obr. 1.3 (křivka vycházející z počátku). Ve stejném obrázku je nakreslena i závislost poměru
signál-šum na normované šířce pásma, daná vztahem (1.7).
k extrémnímu nárůstu složitosti použitých obvodů.
Jak vyplývá ze vztahu (1.4), lze požadovanou kapacituC systému dosáhnout různými
kombinacemi hodnot parametrů B , S a N . Stejné kapacity C systému lze dosáhnout buď
s malou šířkou pásma B a velkým poměrem signál-šum na vstupu přijímače (tj. použitím
velkých vysílacích výkonů a vysílacích antén s velkým ziskem) nebo s velkou šířkou pásma
B a malým poměrem signál-šum na vstupu přijímače (systémy s malými vysílacími výkony).
Střední hodnotu výkonu šumu N lze vyjádřit pomocí spektrální výkonové hustoty šumu
0 N vztahem
0 . N B N = . (1.5)
Zavedením nové veličiny 0 B můžeme pro střední hodnotu výkonu signálu S psát
0 0 . N B S = . (1.6)
Z uvedeného vztahu vyplývá, že nová veličina 0 B je šířka pásma radiokomunikačního kanálu,
při které je střední hodnota výkonu šumu N rovna střední hodnotě výkonu signálu S , tj.
poměr signál-šum je roven jedné. Dosazením (1.7) do (1.4) a dělením celé rovnice veličinou
0 B dostáváme normovaný tvar Shannonova - Hartleyova vztahu
+ =
+
=
x
x
B
B
B
B
B
C 1 1 log . 1 log . 2
0
2
0 0
, (1.8)
kde
0 B
C ............. je normovaná přenosová kapacita,
0 B
B x = ...... je normovaná (poměrná) šířka pásma.
Poněvadž normovaná přenosová kapacita závisí podle (1.8) již pouze na jediné proměnné,
kterou je normovaná šířka pásma, lze tuto závislost znázornit graficky, jak je uvedeno na
obr. 1.3 (křivka vycházející z počátku). Ve stejném obrázku je nakreslena i závislost poměru
signál-šum na normované šířce pásma, daná vztahem (1.7).
Wednesday, March 19, 2008
Podle použitého systému
mohou být zabezpečeny nejen jednotlivé bity, ale i celé byty (paritní kódy, konvoluční kódy,
Fireho kód, blokový Reedův – Solomonův kód, aj.). Nedílnou součástí kanálového kódování
bývá tzv. prokládání (interleaving), jehož cílem je zabezpečit signál proti shlukům chyb.
Blokové schéma digitálního radiokomunikačního systému
Po těchto úpravách je signál přiváděn do modulátoru, kde je vhodnou digitální
modulací modulován na nosnou. Nejčastěji se používá fázové a frekvenční klíčování (PSK,
FSK) v různých modifikacích (QPSK, O-QPSK, π/4 QPSK, GMSK, aj.). Při použití
vícestavových modulací lze dosáhnout vyšších přenosových rychlostí signálu, ovšem za cenu
složitějšího a tím i dražšího demodulátoru. Modulovaný signál je veden do
vysokofrekvenčního výkonového stupně za nímž následuje vysílací anténa, kterou je signál
vyzářen do volného prostoru.
Na přijímací straně je signál přicházející z přijímací antény zesílen ve
vysokofrekvenčním zesilovači a dále veden do demodulátoru, dekodéru kanálu a dekodéru
zdroje. V těchto obvodech se inverzními postupy získá signál původní (je rekonstruován do
nejpravděpodobnější podoby s původním signálem), který je přiváděn do koncového stupně.
V reálném radiokomunikačním systému nelze přenést za jednotku času neomezené
množství informace. Poněvadž v každém systému je přítomen šum (uvažujme pouze aditivní
bílý Gaussovský šum), který nedovoluje na přijímací straně rozlišovat jemnější změny
užitečného signálu než je jeho vlastní úroveň, může být systémem přeneseno pouze takové
množství informace, které nepřesáhne jeho přenosovou kapacitu. Přenosová kapacita C
radiokomunikačního systému je množství informace vyjádřené v bitech, jež může být
přeneseno komunikačním kanálem daného systému za 1 sekundu. Je určena Shannonovým -
Hartleyovým vztahem.
mohou být zabezpečeny nejen jednotlivé bity, ale i celé byty (paritní kódy, konvoluční kódy,
Fireho kód, blokový Reedův – Solomonův kód, aj.). Nedílnou součástí kanálového kódování
bývá tzv. prokládání (interleaving), jehož cílem je zabezpečit signál proti shlukům chyb.
Blokové schéma digitálního radiokomunikačního systému
Po těchto úpravách je signál přiváděn do modulátoru, kde je vhodnou digitální
modulací modulován na nosnou. Nejčastěji se používá fázové a frekvenční klíčování (PSK,
FSK) v různých modifikacích (QPSK, O-QPSK, π/4 QPSK, GMSK, aj.). Při použití
vícestavových modulací lze dosáhnout vyšších přenosových rychlostí signálu, ovšem za cenu
složitějšího a tím i dražšího demodulátoru. Modulovaný signál je veden do
vysokofrekvenčního výkonového stupně za nímž následuje vysílací anténa, kterou je signál
vyzářen do volného prostoru.
Na přijímací straně je signál přicházející z přijímací antény zesílen ve
vysokofrekvenčním zesilovači a dále veden do demodulátoru, dekodéru kanálu a dekodéru
zdroje. V těchto obvodech se inverzními postupy získá signál původní (je rekonstruován do
nejpravděpodobnější podoby s původním signálem), který je přiváděn do koncového stupně.
V reálném radiokomunikačním systému nelze přenést za jednotku času neomezené
množství informace. Poněvadž v každém systému je přítomen šum (uvažujme pouze aditivní
bílý Gaussovský šum), který nedovoluje na přijímací straně rozlišovat jemnější změny
užitečného signálu než je jeho vlastní úroveň, může být systémem přeneseno pouze takové
množství informace, které nepřesáhne jeho přenosovou kapacitu. Přenosová kapacita C
radiokomunikačního systému je množství informace vyjádřené v bitech, jež může být
přeneseno komunikačním kanálem daného systému za 1 sekundu. Je určena Shannonovým -
Hartleyovým vztahem.
Monday, March 17, 2008
Schéma radiokomunikačního systému
Obecné schéma radiokomunikačního systému
Digitální radiokomunikační systém, se
skládá z vysílače, jehož základními bloky jsou kodér zdroje, kodér kanálu a modulátor, a
přijímače, jehož základními bloky jsou demodulátor, dekodér kanálu a dekodér zdroje. Signál
mezi vysílačem a přijímačem prochází rádiovým komunikačním kanálem, který tvoří volné
prostředí v němž je informace přenášena pomocí rádiových vln. Parametry rádiového
komunikačního kanálu můžeme rozdělit na náhodné, například aditivní bílý Gaussovský šum
– AWGN, rušení, únik, aj., a nenáhodné, například zpoždění signálu, fázový posuv signálu,
aj.
Signál z výstupu zdroje signálu je veden do kodéru zdroje, kde je snížena (případně
odstraněna) jeho redundance a irelevance, což se projeví ve snížení jeho přenosové rychlosti.
V případě, že výstupní signál ze zdroje signálu je analogový, bývá součástí kodéru zdroje i
analogově–digitální převodník převádějící analogový signál na digitální. Kodér zdroje se
Rádiové a mobilní komunikace
využívá především při přenosu hovorových a obrazových signálů (parametrické zdrojové
kódování, zdrojové kódování tvaru vlny, transformační kódování, aj.).
Za kodérem zdroje následuje kodér kanálu, ve kterém je signál zabezpečen proti
chybám při přenosu, a to záměrným zvýšením redundance, což má za následek nepatrné
zvýšení jeho přenosové rychlosti. Stupeň ochrany bývá různý.
Digitální radiokomunikační systém, se
skládá z vysílače, jehož základními bloky jsou kodér zdroje, kodér kanálu a modulátor, a
přijímače, jehož základními bloky jsou demodulátor, dekodér kanálu a dekodér zdroje. Signál
mezi vysílačem a přijímačem prochází rádiovým komunikačním kanálem, který tvoří volné
prostředí v němž je informace přenášena pomocí rádiových vln. Parametry rádiového
komunikačního kanálu můžeme rozdělit na náhodné, například aditivní bílý Gaussovský šum
– AWGN, rušení, únik, aj., a nenáhodné, například zpoždění signálu, fázový posuv signálu,
aj.
Signál z výstupu zdroje signálu je veden do kodéru zdroje, kde je snížena (případně
odstraněna) jeho redundance a irelevance, což se projeví ve snížení jeho přenosové rychlosti.
V případě, že výstupní signál ze zdroje signálu je analogový, bývá součástí kodéru zdroje i
analogově–digitální převodník převádějící analogový signál na digitální. Kodér zdroje se
Rádiové a mobilní komunikace
využívá především při přenosu hovorových a obrazových signálů (parametrické zdrojové
kódování, zdrojové kódování tvaru vlny, transformační kódování, aj.).
Za kodérem zdroje následuje kodér kanálu, ve kterém je signál zabezpečen proti
chybám při přenosu, a to záměrným zvýšením redundance, což má za následek nepatrné
zvýšení jeho přenosové rychlosti. Stupeň ochrany bývá různý.
Thursday, March 13, 2008
Podle možnosti přístupu veřejnosti k poskytovaným službám dělíme dále systémy PPS
na systémy veřejné a neveřejné, které lze podle druhu služby poskytovanou účastníkovi ještě
rozdělit následujícím způsobem.
Veřejné systémy PPS :
Veřejné radiotelefonní systémy (např. GSM, .....)
Systémy pro bezšňůrové telefony (např. DECT .....)
Veřejný rádiový paging (např. ERMES .....)
Veřejné datové systémy (např. MOBITEX .....)
Neveřejné systémy PPS :
Hromadné radiotelefonní systémy (např. TETRA .....)
Dispečerské systémy
Neveřejný rádiový paging
Neveřejné datové systémy
Speciální systémy
Neveřejné systémy jsou určeny pro uzavřené skupiny uživatelů, jako jsou bezpečnostní
složky, hasiči, záchranná služba, energetika, ale i stavební podniky, dopravní podniky atd.
Typické pro tuto kategorii je, že systémy nejsou běžně a trvale připojeny do veřejných
telekomunikačních sítí. Pokud to některé služby vyžadují, je propojení na telekomunikační
sítě možné, ale pouze v jednom směru, případně je zprostředkováno dispečerem.
Uvedené rozdělení systémů však v současné době začíná ztrácet na významu neboť
stále častěji a ve větší míře se začínají radiotelefonní systémy a sítě používat k přenosu
„klasických“ datových signálů a naopak datové systémy a sítě se začínají používat i k přenosu
digitalizovaných hovorových signálů. Při přenosu hovorových signálů v datových sítích
(Voice over Data networks – VoD) lze rozlišit způsoby VoFR (Voice over Frame Relay),
VoATM (Voice over ATM) a VoIP (Voice over IP). Přestože přenos VoD není zatím masově
rozšířen, je považován za velice perspektivní, především pro vysoce efektivní využití
přenosové kapacity sítě. Naopak přenos datových signálů v radiotelefonních sítích (Data over
Voice – DoV) je v současné době již rozšířen do takové míry, že v nejbližší době jeho objem
přesáhne objem přenosu hovorových signálů.
na systémy veřejné a neveřejné, které lze podle druhu služby poskytovanou účastníkovi ještě
rozdělit následujícím způsobem.
Veřejné systémy PPS :
Veřejné radiotelefonní systémy (např. GSM, .....)
Systémy pro bezšňůrové telefony (např. DECT .....)
Veřejný rádiový paging (např. ERMES .....)
Veřejné datové systémy (např. MOBITEX .....)
Neveřejné systémy PPS :
Hromadné radiotelefonní systémy (např. TETRA .....)
Dispečerské systémy
Neveřejný rádiový paging
Neveřejné datové systémy
Speciální systémy
Neveřejné systémy jsou určeny pro uzavřené skupiny uživatelů, jako jsou bezpečnostní
složky, hasiči, záchranná služba, energetika, ale i stavební podniky, dopravní podniky atd.
Typické pro tuto kategorii je, že systémy nejsou běžně a trvale připojeny do veřejných
telekomunikačních sítí. Pokud to některé služby vyžadují, je propojení na telekomunikační
sítě možné, ale pouze v jednom směru, případně je zprostředkováno dispečerem.
Uvedené rozdělení systémů však v současné době začíná ztrácet na významu neboť
stále častěji a ve větší míře se začínají radiotelefonní systémy a sítě používat k přenosu
„klasických“ datových signálů a naopak datové systémy a sítě se začínají používat i k přenosu
digitalizovaných hovorových signálů. Při přenosu hovorových signálů v datových sítích
(Voice over Data networks – VoD) lze rozlišit způsoby VoFR (Voice over Frame Relay),
VoATM (Voice over ATM) a VoIP (Voice over IP). Přestože přenos VoD není zatím masově
rozšířen, je považován za velice perspektivní, především pro vysoce efektivní využití
přenosové kapacity sítě. Naopak přenos datových signálů v radiotelefonních sítích (Data over
Voice – DoV) je v současné době již rozšířen do takové míry, že v nejbližší době jeho objem
přesáhne objem přenosu hovorových signálů.
Tuesday, March 11, 2008
Na základě mezinárodního přidělení kmitočtových pásem jednotlivým službám
(obsaženém v článku 8, oddílu IV, Radiokomunikačního řádu vydaného ITU), stanovil ČTÚ
s platností od 1.10.1997 pravidla užívání kmitočtového spektra v České republice. Tato
Národní kmitočtová tabulka tedy upravuje užívání kmitočtového spektra v rozsahu od
9 kHz do 105 GHz na území, ve vzdušném prostoru a na vnitrozemských vodních cestách
České republiky, uvádí rozdělení kmitočtového spektra na jednotlivá pásma, přidělení těchto
pásem jednotlivým radiokomunikačním službám a stanovuje vztah českých uživatelů k těmto
pásmům. Ukázka struktury jedné strany Národní kmitočtové tabulky je uvedena v tab. 1.4.
75°
60°
40°
30°
20°
0°
20°
30°
40°
60°
75°
60°
40°
30°
20°
0°
20°
30°
40°
60°
140° 160° 100° 120° 60° 80° 20° 40° 0° 20° 40° 60° 80° 100° 120° 140° 160° 180° 170°
140° 160° 100° 120° 60° 80° 20° 40° 0° 20° 40° 60° 80° 100° 120° 140° 160° 180° 170°
A B C
A B C
Oblast 1
Oblast 2
Oblast 3 Oblast 3
Obr. 1.1: Rozdělení světa na tři Oblasti
10 Rádiové a mobilní komunikace
Tab. 1.3: Ukázka struktury jedné strany Kmitočtové tabulky
MHz
890 – 1 240
Přidělení službám
Oblast 1 Oblast 2 Oblast 3
890 – 942
PEVNÁ
POHYBLIVÁ kromě
letecké pohyblivé
ROZHLASOVÁ S5.322
Radiolokační
890 – 902
PEVNÁ
POHYBLIVÁ kromě
letecké pohyblivé
Radiolokační
S5.318 S5.325
890 – 942
(obsaženém v článku 8, oddílu IV, Radiokomunikačního řádu vydaného ITU), stanovil ČTÚ
s platností od 1.10.1997 pravidla užívání kmitočtového spektra v České republice. Tato
Národní kmitočtová tabulka tedy upravuje užívání kmitočtového spektra v rozsahu od
9 kHz do 105 GHz na území, ve vzdušném prostoru a na vnitrozemských vodních cestách
České republiky, uvádí rozdělení kmitočtového spektra na jednotlivá pásma, přidělení těchto
pásem jednotlivým radiokomunikačním službám a stanovuje vztah českých uživatelů k těmto
pásmům. Ukázka struktury jedné strany Národní kmitočtové tabulky je uvedena v tab. 1.4.
75°
60°
40°
30°
20°
0°
20°
30°
40°
60°
75°
60°
40°
30°
20°
0°
20°
30°
40°
60°
140° 160° 100° 120° 60° 80° 20° 40° 0° 20° 40° 60° 80° 100° 120° 140° 160° 180° 170°
140° 160° 100° 120° 60° 80° 20° 40° 0° 20° 40° 60° 80° 100° 120° 140° 160° 180° 170°
A B C
A B C
Oblast 1
Oblast 2
Oblast 3 Oblast 3
Obr. 1.1: Rozdělení světa na tři Oblasti
10 Rádiové a mobilní komunikace
Tab. 1.3: Ukázka struktury jedné strany Kmitočtové tabulky
MHz
890 – 1 240
Přidělení službám
Oblast 1 Oblast 2 Oblast 3
890 – 942
PEVNÁ
POHYBLIVÁ kromě
letecké pohyblivé
ROZHLASOVÁ S5.322
Radiolokační
890 – 902
PEVNÁ
POHYBLIVÁ kromě
letecké pohyblivé
Radiolokační
S5.318 S5.325
890 – 942
Tuesday, March 4, 2008
pravidla jsou obsažena v publikaci s názvem Národní kmitočtová tabulka – NKT, která
mimo jiné obsahuje
• přehled názvosloví, které je převzato z Radiokomunikačního řádu,
• tabulku přidělení kmitočtových pásem pro všechny tři Oblasti,
Rádiové a mobilní komunikace 9
• tabulku národního přidělení kmitočtových pásem – uvádí se v ní dolní a horní mez
kmitočtového pásma, možné přidělení pásma v ČR podle Radiokomunikačního řádu,
skutečné přidělení pásma v ČR, přehled hlavních uživatelů a poznámky technického a
správního charakteru, které blíže informují o možnostech a technických podmínkách
využití kmitočtového úseku a odkazují na příslušná doporučení, rozhodnutí, kmitočtové
plány a generální povolení,
• poznámky k tabulce přidělení kmitočtových pásem – doslovný překlad poznámek,
publikovaných v Radiokomunikačním řádu,
• zásady vnitrostátní a mezinárodní koordinace využívání kmitočtů.
mimo jiné obsahuje
• přehled názvosloví, které je převzato z Radiokomunikačního řádu,
• tabulku přidělení kmitočtových pásem pro všechny tři Oblasti,
Rádiové a mobilní komunikace 9
• tabulku národního přidělení kmitočtových pásem – uvádí se v ní dolní a horní mez
kmitočtového pásma, možné přidělení pásma v ČR podle Radiokomunikačního řádu,
skutečné přidělení pásma v ČR, přehled hlavních uživatelů a poznámky technického a
správního charakteru, které blíže informují o možnostech a technických podmínkách
využití kmitočtového úseku a odkazují na příslušná doporučení, rozhodnutí, kmitočtové
plány a generální povolení,
• poznámky k tabulce přidělení kmitočtových pásem – doslovný překlad poznámek,
publikovaných v Radiokomunikačním řádu,
• zásady vnitrostátní a mezinárodní koordinace využívání kmitočtů.
Saturday, February 23, 2008
telekomunikace
Česká republika je členskou zemí ITU již od jejího vzniku. Zajišťováním základních
činností státu v oboru telekomunikací byl pověřen Český telekomunikační úřad – ČTÚ. Byl
zřízen k 1.1.1993 a od 1.11.1996 je součástí Ministerstva dopravy a spojů (úsek 6). Jeho
úkolem je zajišťovat dodržování zákona o telekomunikacích a právních předpisů vydaných
k jeho provádění. Český telekomunikační úřad je součástí regulačního systému
telekomunikací v České republice a rozhoduje v souladu se zákonem o právech a
povinnostech fyzických nebo právnických osob v oboru telekomunikací.
V rámci ČTÚ byla oblast radiokomunikací svěřena do působnosti odboru správy
kmitočtového spektra (SKS) a odboru státní inspekce radiokomunikací. Odbor správy
kmitočtového spektra mimo jiné plánuje rozdělení kmitočtů a vydává povolení ke zřízení a
provozování vysílacích rádiových stanic. Odbor státní inspekce radiokomunikací provádí
kontrolu dodržování povolovacích podmínek, kontrolu obsazení kmitočtového spektra a
zjišťování rušících nebo nepovolených rádiových stanic.
činností státu v oboru telekomunikací byl pověřen Český telekomunikační úřad – ČTÚ. Byl
zřízen k 1.1.1993 a od 1.11.1996 je součástí Ministerstva dopravy a spojů (úsek 6). Jeho
úkolem je zajišťovat dodržování zákona o telekomunikacích a právních předpisů vydaných
k jeho provádění. Český telekomunikační úřad je součástí regulačního systému
telekomunikací v České republice a rozhoduje v souladu se zákonem o právech a
povinnostech fyzických nebo právnických osob v oboru telekomunikací.
V rámci ČTÚ byla oblast radiokomunikací svěřena do působnosti odboru správy
kmitočtového spektra (SKS) a odboru státní inspekce radiokomunikací. Odbor správy
kmitočtového spektra mimo jiné plánuje rozdělení kmitočtů a vydává povolení ke zřízení a
provozování vysílacích rádiových stanic. Odbor státní inspekce radiokomunikací provádí
kontrolu dodržování povolovacích podmínek, kontrolu obsazení kmitočtového spektra a
zjišťování rušících nebo nepovolených rádiových stanic.
Thursday, January 31, 2008
• Družicová radionavigační služba.
• Služba kosmického výzkumu.
• Bezpečnostní služba.
Pro rozdělení kmitočtových pásem a přidělení jednotlivých služeb do těchto pásem byl
svět rozdělen na tři Oblasti s označením 1, 2 a 3, jak je naznačeno na obr. 1.1. Jednotlivé
Oblasti jsou od sebe odděleny hraničními čarami s označením A, B a C, které jsou přesně
definovány [3].
Na základě tohoto rozdělení byla sestavena Kmitočtová tabulka, která specifikuje pro
každou Oblast a každou část kmitočtového spektra rádiových vln její využití buď jednou nebo
několika službami. Ukázka struktury jedné strany Kmitočtové tabulky je uvedena v tab. 1.3.
Poněvadž požadavky na využívání kmitočtů se neustále zvyšují, jsou některá kmitočtová
pásma sdílena více službami. Pro takový případ definuje Radiokomunikační řád tzv. služby
přednostní neboli primární (v tabulce jsou zapsány velkými písmeny) a služby podružné
neboli sekundární (v tabulce jsou zapsány malými písmeny). Zařízení podružné služby nesmí
působit škodlivé rušení zařízením přednostních služeb a nemohou ani nárokovat ochranu před
jejich rušením.
• Služba kosmického výzkumu.
• Bezpečnostní služba.
Pro rozdělení kmitočtových pásem a přidělení jednotlivých služeb do těchto pásem byl
svět rozdělen na tři Oblasti s označením 1, 2 a 3, jak je naznačeno na obr. 1.1. Jednotlivé
Oblasti jsou od sebe odděleny hraničními čarami s označením A, B a C, které jsou přesně
definovány [3].
Na základě tohoto rozdělení byla sestavena Kmitočtová tabulka, která specifikuje pro
každou Oblast a každou část kmitočtového spektra rádiových vln její využití buď jednou nebo
několika službami. Ukázka struktury jedné strany Kmitočtové tabulky je uvedena v tab. 1.3.
Poněvadž požadavky na využívání kmitočtů se neustále zvyšují, jsou některá kmitočtová
pásma sdílena více službami. Pro takový případ definuje Radiokomunikační řád tzv. služby
přednostní neboli primární (v tabulce jsou zapsány velkými písmeny) a služby podružné
neboli sekundární (v tabulce jsou zapsány malými písmeny). Zařízení podružné služby nesmí
působit škodlivé rušení zařízením přednostních služeb a nemohou ani nárokovat ochranu před
jejich rušením.
Wednesday, January 23, 2008
• Služba kmitočtových normálů a časových signálů – zajišťuje pro vědeckou, technickou
a jinou potřebu vysílání vybraných kmitočtů nebo časových signálů (případně obou
současně) se stanovenou vysokou přesností.
• Družicová služba kmitočtových normálů a časových signálů – využívá družic Země.
• Mezidružicová služba – pro spojení mezi družicemi.
• Družicová meteorologická služba.
• Pohyblivá služba – pro spojení mezi pohyblivými stanicemi, nebo mezi pevnou a
pohyblivou stanicí. Tato služba se dále dělí na :
pozemní pohyblivou,
leteckou pohyblivou,
námořní pohyblivou,
pohyblivou kromě letecké pohyblivé,
družicovou pozemní pohyblivou,
družicovou leteckou pohyblivou,
družicovou námořní pohyblivou,
družicovou pohyblivou kromě letecké pohyblivé.
8 Rádiové a mobilní komunikace
• Radioastronomická služba.
• Rozhlasová služba – určena k přenosu rozhlasových a televizních signálů pro širokou
veřejnost (v názvu služby není rozlišeno zda se jedná o příjem rozhlasového nebo
televizního signálu).
• Družicová rozhlasová služba.
• Radiolokační služba.
• Družicová radiolokační služba.
• Radionavigační služba – pro určení polohy rádiovými prostředky. Tato služba je dále
dělena na leteckou a námořní.
a jinou potřebu vysílání vybraných kmitočtů nebo časových signálů (případně obou
současně) se stanovenou vysokou přesností.
• Družicová služba kmitočtových normálů a časových signálů – využívá družic Země.
• Mezidružicová služba – pro spojení mezi družicemi.
• Družicová meteorologická služba.
• Pohyblivá služba – pro spojení mezi pohyblivými stanicemi, nebo mezi pevnou a
pohyblivou stanicí. Tato služba se dále dělí na :
pozemní pohyblivou,
leteckou pohyblivou,
námořní pohyblivou,
pohyblivou kromě letecké pohyblivé,
družicovou pozemní pohyblivou,
družicovou leteckou pohyblivou,
družicovou námořní pohyblivou,
družicovou pohyblivou kromě letecké pohyblivé.
8 Rádiové a mobilní komunikace
• Radioastronomická služba.
• Rozhlasová služba – určena k přenosu rozhlasových a televizních signálů pro širokou
veřejnost (v názvu služby není rozlišeno zda se jedná o příjem rozhlasového nebo
televizního signálu).
• Družicová rozhlasová služba.
• Radiolokační služba.
• Družicová radiolokační služba.
• Radionavigační služba – pro určení polohy rádiovými prostředky. Tato služba je dále
dělena na leteckou a námořní.
Saturday, January 12, 2008
• Amatérská služba – určena pro vzdělávání, vzájemná spojení, technická studia a
technická spojení prováděná amatéry, tj. řádně oprávněnými osobami, zajímajícími se o
radiotechniku pouze z osobní záliby a nevýdělečně.
• Družicová amatérská služba – amatérská služba využívající družice Země.
• Pomocná meteorologická služba – pro potřeby meteorologických a hydrogeologických
pozorování a průzkumů.
• Služba kosmického provozu – určena výhradně pro provoz kosmických plavidel, tj.
kosmických sond, zejména pro telemetrie a povelová zařízení.
• Služba družicového průzkumu Země – pro spojení mezi pozemskými (zemskými)
stanicemi a jednou nebo několika družicovými stanicemi, ve kterých se získávají
informace o vlastnostech Země.
• Pevná služba – spojení mezi stanovenými pevnými body Země.
• Družicová pevná služba – spojení mezi stanoveným pevným bodem na Zemi
(pozemskou stanicí) a družicí (družice může být na geostacionární nebo nestacionární
dráze). Tato služba se dělí na službu vzestupnou (vysílač je na pozemské stanici a
přijímač na družici) a službu sestupnou (vysílač je na družici a přijímač na pozemské
stanici).
technická spojení prováděná amatéry, tj. řádně oprávněnými osobami, zajímajícími se o
radiotechniku pouze z osobní záliby a nevýdělečně.
• Družicová amatérská služba – amatérská služba využívající družice Země.
• Pomocná meteorologická služba – pro potřeby meteorologických a hydrogeologických
pozorování a průzkumů.
• Služba kosmického provozu – určena výhradně pro provoz kosmických plavidel, tj.
kosmických sond, zejména pro telemetrie a povelová zařízení.
• Služba družicového průzkumu Země – pro spojení mezi pozemskými (zemskými)
stanicemi a jednou nebo několika družicovými stanicemi, ve kterých se získávají
informace o vlastnostech Země.
• Pevná služba – spojení mezi stanovenými pevnými body Země.
• Družicová pevná služba – spojení mezi stanoveným pevným bodem na Zemi
(pozemskou stanicí) a družicí (družice může být na geostacionární nebo nestacionární
dráze). Tato služba se dělí na službu vzestupnou (vysílač je na pozemské stanici a
přijímač na družici) a službu sestupnou (vysílač je na družici a přijímač na pozemské
stanici).
Monday, January 7, 2008
Kmitočtové tabulky
V současné době je kmitočtové spektrum rádiových
vln již považováno za přírodní bohatství, se kterým je
nutné pečlivě hospodařit. Jedná se o omezený, ale
obnovitelný přírodní zdroj, který dala příroda lidstvu.
Poněvadž se rádiové vlny šíří volným prostředím, je
nezbytná včasná a důkladná koordinace všech uživatelů
volného prostředí, a to nejen uvnitř státu, ale i mezi státy
navzájem.
Tato potřeba vedla k dohodě mezi členskými státy
OSN, vyjádřené v Mezinárodní úmluvě o telekomunikacích. Na základě této úmluvy byla
vytvořena Mezinárodní telekomunikační unie ITU (International Telecommunications
Union), jejímiž členy jsou všechny členské země OSN. Jejím úkolem je vytvářet podmínky
pro účelné využívání kmitočtového spektra podle pravidel dohodnutých na Světových
radiokomunikačních konferencích (World Radiocommunications Conference – WRC), kterých
se účastní zástupci jednotlivých národních orgánů zodpovědných za využívání kmitočtového
spektra ve své zemi. Tato pravidla jsou shrnuta v dokumentu nazvaném Radiokomunikační
řád (Radio Regulations), který tvoří přílohu k Mezinárodní úmluvě o telekomunikacích.
Základní ustanovení Radiokomunikačního řádu lze shrnout do následujících bodů :
Tab. 1.2: Kmitočtová pásma
podle standardu 521 IEEE
Symboly Rozsah kmitočtů
HF 3 - 30 MHz
VHF 30 - 300 MHz
UHF 300 - 1000 MHz
L 1 - 2 GHz
S 2 - 4 GHz
C 4 - 8 GHz
X 8 - 12 GHz
Ku 12 - 18 GHz
K 18 - 27 GHz
Ka 27 - 40 GHz
V 40 - 75 GHz
W 75 - 110 GHz
mm 110 - 300 GHz
Rádiové a mobilní komunikace 7
• způsob a zásady využití kmitočtového spektra,
• rozdělení kmitočtových pásem,
• přidělení kmitočtových úseků jednotlivým radiokomunikačním službám,
• zásady pro současnou činnost radiokomunikačních zařízení na stejných nebo blízkých
kmitočtech,
• zásady pro koordinované přidělování kmitočtů novým radiokomunikačním zařízením a
službám.
Radiokomunikační službou neboli určitým typem radiokomunikačního přenosu se
nazývá služba, zahrnující přenos, vysílání a (nebo) příjem rádiových vln ke specifickým
telekomunikačním účelům. Jednotlivé služby definuje Radiokomunikační řád níže uvedeným
způsobem (služby jsou řazeny abecedně podle francouzských názvů, které však nejsou
uvedeny).
vln již považováno za přírodní bohatství, se kterým je
nutné pečlivě hospodařit. Jedná se o omezený, ale
obnovitelný přírodní zdroj, který dala příroda lidstvu.
Poněvadž se rádiové vlny šíří volným prostředím, je
nezbytná včasná a důkladná koordinace všech uživatelů
volného prostředí, a to nejen uvnitř státu, ale i mezi státy
navzájem.
Tato potřeba vedla k dohodě mezi členskými státy
OSN, vyjádřené v Mezinárodní úmluvě o telekomunikacích. Na základě této úmluvy byla
vytvořena Mezinárodní telekomunikační unie ITU (International Telecommunications
Union), jejímiž členy jsou všechny členské země OSN. Jejím úkolem je vytvářet podmínky
pro účelné využívání kmitočtového spektra podle pravidel dohodnutých na Světových
radiokomunikačních konferencích (World Radiocommunications Conference – WRC), kterých
se účastní zástupci jednotlivých národních orgánů zodpovědných za využívání kmitočtového
spektra ve své zemi. Tato pravidla jsou shrnuta v dokumentu nazvaném Radiokomunikační
řád (Radio Regulations), který tvoří přílohu k Mezinárodní úmluvě o telekomunikacích.
Základní ustanovení Radiokomunikačního řádu lze shrnout do následujících bodů :
Tab. 1.2: Kmitočtová pásma
podle standardu 521 IEEE
Symboly Rozsah kmitočtů
HF 3 - 30 MHz
VHF 30 - 300 MHz
UHF 300 - 1000 MHz
L 1 - 2 GHz
S 2 - 4 GHz
C 4 - 8 GHz
X 8 - 12 GHz
Ku 12 - 18 GHz
K 18 - 27 GHz
Ka 27 - 40 GHz
V 40 - 75 GHz
W 75 - 110 GHz
mm 110 - 300 GHz
Rádiové a mobilní komunikace 7
• způsob a zásady využití kmitočtového spektra,
• rozdělení kmitočtových pásem,
• přidělení kmitočtových úseků jednotlivým radiokomunikačním službám,
• zásady pro současnou činnost radiokomunikačních zařízení na stejných nebo blízkých
kmitočtech,
• zásady pro koordinované přidělování kmitočtů novým radiokomunikačním zařízením a
službám.
Radiokomunikační službou neboli určitým typem radiokomunikačního přenosu se
nazývá služba, zahrnující přenos, vysílání a (nebo) příjem rádiových vln ke specifickým
telekomunikačním účelům. Jednotlivé služby definuje Radiokomunikační řád níže uvedeným
způsobem (služby jsou řazeny abecedně podle francouzských názvů, které však nejsou
uvedeny).
Subscribe to:
Posts (Atom)
