|
Телекоммуникационное оборудованиеБольшинство современных компьютеров подключаются к компьютерным сетям, из которых наиболее распространен Интернет. Для доступа кподобного рода сетям требуется специальное оборудование. В этом разделе рассматриваются принципы работы такого оборудования. Модемы С ростом количества компьютеров в последние годы возникла необходимость связать их между собой. Например, можно связать свой домашний компьютер с компьютером на работе, с поставщиком услуг Интернета или банковской системой. Для обеспечения такой связи часто используется телефонная линия. Однако обычная телефонная линия (равно как и кабель) плохо подходит для передачи компьютерных сигналов, в которых 0 обычно соответствует нулевому напряжению, а 1 — напряжению от 3 до 5 вольт (рисунок 17,а). Двухуровневые сигналы во время передачи по телефонной линии, которая предназначена для передачи голоса, подвергаются сильным искажениям, ведущим к ошибкам в передаче. Тем не менее синусоидальный сигнал с частотой от 1000 до 2000 Гц, который называется несущим, может передаваться с относительно небольшими искажениями, и это свойство используется при передаче данных в большинстве телекоммуникационных систем. Поскольку форма синусоидальной волны полностью предсказуема, она не несет никакой информации. Однако изменяя амплитуду, частоту или фазу, можно передавать последовательность нулей и единиц, как показано на рисунке 17. Этот процесс называется модуляцией. При амплитудной модуляции используются 2 уровня напряжения для 0 и 1, соответственно (рисунок 17,б). Если цифровые данные передаются с очень низкой скоростью, то при передаче 1 слышен громкий шум, а при передаче 0 шум отсутствует. При частотной модуляции уровень напряжения не меняется, но частоты несущего сигнала для 1 и 0 различаются (рисунок 17,в). В этом случае при передаче цифровых данных можно услышать два тона: один из них соответствует 0, а другой — 1. Частотную модуляцию иногда называют частотной манипуляцией.
При простой фазовой модуляции амплитуда и частота сохраняются на одном уровне, а фаза несущего сигнала меняется на 180°, когда данные меняются с 0 на 1 или с 1 на 0 (рисунок 17, г). В более сложных системах фазовой модуляции в начале каждого неделимого временного отрезка фаза несущего сигнала резко сдвигается на 45, 135, 225 или 315°, чтобы передавать 2 бита за один временной отрезок. Это называется дибитной фазовой кодировкой. Например, сдвиг по фазе на 45° представляет 00, на 135° — 01 и т. д. Существуют системы для передачи трех и более битов за один временной отрезок. Число таких временных интервалов (то есть число потенциальных изменений сигнала в секунду) называется скоростью в бодах. При передаче двух или более битов за 1 временной отрезок скорость передачи битов будет превышать скорость в бодах. Отметим, что термины «бод» и «бит» в этом контексте часто путают. Если данные состоят из последовательности 8-разрядных символов, было бы желательно иметь средство связи для передачи 8 бит одновременно, то есть 8 пар проводов. Так как телефонные линии, предназначенные для передачи голоса, обеспечивают только один канал связи, биты должны пересылаться последовательно один за другим (или в группах по два, если используется дибитная кодировка). Устройство, которое получает символы из компьютера в форме двухуровневых сигналов (по одному биту в каждый отрезок времени) и передает биты по одному или по два в форме амплитудной, фазовой или частотной модуляции, называется модемом. Для указания на начало и конец каждого символа в начале и конце 8-разрядной цепочки ставятся начальный и конечный биты, таким образом получается всего 10 бит. Модем посылает отдельные биты каждого символа через равные временные отрезки. Например, скорость 9600 бод означает, что сигнал меняется каждые 104 микросекунды. Второй модем, получающий информацию, преобразует модулированный несущий сигнал в двоичное число. Биты поступают в модем через равные промежутки времени. Если модем встречает начало символа, его часы сообщают, когда нужно начать считывать поступающие биты. Современные модемы передают данные со скоростями от 28 800 бит/с до 57 600 бит/с, что обычно соответствует более низкой скорости в бодах. Они сочетают разные технологии для передачи нескольких битов за 1 бод, модулируя амплитуду, частоту и фазу. Почти все современные модемы являются дуплексными, то есть могут передавать информацию в обоих направлениях одновременно, используя различные частоты. Модемы и линии связи, которые не могут передавать информацию в обоих направлениях одновременно (как одноколейная железная дорога), называются полудуплексными. Линии связи, которые могут передавать информацию только в одном направлении, называются симплексными. Цифровые абонентские линии Взяв однажды планку в 56 кбит/с, инженеры телефонных компаний с чувством выполненного долга успокоились на достигнутом. Тем временем поставщики услуг кабельного телевидения стали предлагать абонентам подключение к Интернету по общим кабелям на скорости до 10 Мбит/с. Поставщики услуг спутниковой связи пошли еще дальше, обеспечив возможность подключения на скорости свыше 50 Мбит/с. Чем большее значение приобретали услуги по предоставлению доступа в Интернет для телефонных компаний, тем отчетливее они понимали, что для сохранения конкурентоспособности нужно предложить рынку какую-то более совершенную услугу, нежели подключение по обычному модему. В результате этих раздумий на свет появилась новая цифровая услуга доступа в Интернет. Услуги, в которых предлагается пропускная способность, превышающая аналогичный показатель для стандартного модемного соединения, иногда называют широкополосными, но, честно говоря, это скорее маркетинговый, чем содержательный технический термин. Первоначально было предложено несколько технологий доступа под общим именемxDSL (DigitalSubscriberLine — цифровая абонентская линия) с переменным значением х. Далее мы обсудим самую распространенную из них — ADSL (AsymmetricDSL — асимметричная цифровая абонентская линия). Работы над ADSL все еще продолжаются, и далеко не все стандарты на эту технологию прописаны, поэтому некоторые детали со временем могут корректироваться. Впрочем, общая картина, скорее всего, останется неизменной. За дополнительными сведениями по ADSL обращайтесь к дополнительной литературе. Почему обычные модемы работают так медленно? Да потому, что телефоны были изначально предназначены для передачи голоса, и именно с учетом этой цели сформировалась вся система телефонной связи. Передаче данным по телефонным проводам уделялось слишком мало внимания. Пропускная способность провода (он же — абонентский канал), связывающего абонентов с автоматической телефонной станцией (АТС), традиционно ограничивалась специальным фильтром. Фактическая пропускная способность абонентского канала во многом зависит от его протяженности, но чаще всего (если протяженность не превышает нескольких километров) достигает 1,1 МГц. Наиболее распространенная схема предоставления услуг ADSL изображена на рисунке 18. Ее содержание сводится к удалению фильтра и разделению освободившегося спектра 1,1 МГц на 256 автономных каналов, по 4312,5 Гц каждый. Канал 0 выделяется для голосовых данных. Каналы 1-5 не используются, за счет чего устраняются взаимные помехи сигналов передачи голоса и данных. Из оставшихся 250 каналов два выделяются для восходящей и нисходящей передачи управляющих сигналов. По остальным каналам передаются пользовательские данные. Таким образом, один ADSL-модем равноценен 250 обычным модемам.
В принципе по каждому из оставшихся каналов можно пустить дуплексный поток данных, однако вспомогательные гармоники, перекрестные помехи и другие физические эффекты не позволяют довести фактическую реализацию технологии до теоретического уровня. Решение о том, в какой пропорции разделить каналы на нисходящие и восходящие потоки, принимает поставщик услуги. Технически возможно равное распределение этих каналов, но в большинстве случаев 80-90 % выделяются на организацию нисходящего потока (обычно 32 канала выделяют для восходящего потока, а остальная часть — для нисходящего), поскольку большинство пользователей принимают значительно больше данных, чем отправляют. Именно по этой причине технология ADSL так успешна. Качество передачи данных по каждому каналу постоянно отслеживается и при необходимости корректируется; поэтому по скоростям каналы могут различаться. Данные передаются в объеме до 15 бит/бод за счет сочетания амплитудной и фазовой модуляции. Если, скажем, для передачи данных доступно 224 нисходящих канала, а скорость передачи сигнала равна 4000 бод при 15 бит/бод, совокупная пропускная способность нисходящего потока составляет 13,44 Мбит/с. На практике соотношение «сигнал/шум» не позволяет приблизиться к такому уровню, но при небольшой удаленности от поставщика услуг и высоком качестве канала скорость 4-8 Мбит/с вполне достижима. Цифровые фотокамеры Все больше компьютерные технологии внедряются в сферу цифровой фотографии — уже сейчас цифровые фотокамеры вполне правомерно рассматривать как один из видов компьютерных периферийных устройств. Давайте вкратце рассмотрим принцип их работы. Все камеры снабжены объективом, с помощью которого в задней части камеры формируется изображение объекта. В традиционной камере в качестве носителя скрытых изображений, которые формируются в момент проникновения света, выступает фотопленка. Изображения проявляются в лаборатории за счет воздействия определенных химических элементов. Принцип действия цифровой камеры аналогичен за одним исключением — вместо пленки носителем изображения становится прямоугольная матрица светочувствительных устройств с зарядовой связью (Charge-CoupledDevices,CCD). (Некоторые цифровые камеры действуют на основе технологии КМОП, но вариант с CCD более распространен.)
При попадании на устройство CCD света оно получает электрический заряд. Чем больше света, тем существеннее изменение заряда. Заряд считывается ана- логово-цифровым преобразователем в виде целого числа от 0 до 255 (в камерах низкой ценовой категории) или от 0 до 4095 (на цифровых однообъективных зеркальных фотоаппаратах). Соответствующая схема изображена на рисунке 19. Устройства CCD объединяются в группы из четырех элементов. Поверх груп- пы размещается фильтр Байера (Bayerfilter), который делает одно устройство CCD чувствительным к красному цвету, другое — к синему, а два оставшихся — к зеленому. Наличие двух зеленых элементов объясняется двумя факторами: во-пер- вых, это удобнее, а во-вторых, человеческий глаз воспринимает зеленый цвет луч- ше, чем синий и красный. Если производитель цифровой камеры заявляет, что ее разрешение равно 6 млн пикселов, знайте — он нахально врет. В ней 6 млн. уст- ройств CCD, которые в совокупности формируют 1,5 млн пикселов. При таком разрешении изображение считывается в виде матрицы 2828 х 2121 (в недорогих камерах) или 3000 х 2000 (в однообъективных зеркальных фотоаппаратах) пиксе- лов. Дополнительные пикселы генерируются путем программной интерполяции. При нажатии кнопки открытия затвора объектива программное обеспечение камеры выполняет три операции: устанавливает фокус, определяет экспозицию и проводит балансировку белого. Автоматическая фокусировка осуществляется путем анализа высокочастотных данных изображения и выдвижения объектива на предельную позицию в целях максимальной детализации. При определении экспозиции сначала вычисляется интенсивность света, падающего на CCD, после диафрагма и выдержка корректируются таким образом, чтобы полученное значение интенсивности пришлось на середину диапазона CCD. Балансировка белого сводится к измерению спектра падающего света с целью последующей цветокоррекции. Далее изображение считывается с CCD и сохраняется в виде матрицы пикселов во встроенной оперативной памяти камеры. Профессиональные однообъек-тивные зеркальные фотоаппараты, с которыми работают фотокорреспонденты, могут в течение пяти секунд снимать по восемь кадров с высоким разрешением в секунду; при этом объем встроенной оперативной памяти, в которой изображения размещаются перед последующей обработкой и постоянным хранением, достаточно велик. В недорогих камерах оперативной памяти меньше, но все равно вполне достаточно. После создания снимка программное обеспечение проводит цветокоррекцию на основе баланса белого, тем самым нейтрализуя избыток красного или синего света (что имеет место, например, при фотографировании объекта, находящегося в тени, а также при использовании вспышки). Затем выполняются алгоритмы шумоподавления и корректировки дефектных устройств CCD. После этого (если соответствующая функция включена) производится попытка повысить резкость изображения — выполняется поиск краев и увеличение интенсивности градиента вокруг них. Наконец, изображение сжимается с целью уменьшения объема занимаемой им памяти. Самый распространенный формат, применяемый для этих целей, — JPEG (Joint Photographic Experts Group — объединенная группа экспертов в области фотографии). Он предусматривает двухмерное пространственное преобразование Фурье и удаление высокочастотных составляющих. Конечное изображение оказывается весьма компактным, но мелкие детали утрачиваются. По окончании обработки изображение записывается на постоянный носитель, в качестве которого обычно выступает карта флэш-памяти или небольшой съемный жесткий диск — так называемый микродиск. На обработку и запись каждого изображения уходит несколько секунд. Затем пользователь может подключить камеру к компьютеру — посредством, например, кабеля USB или FireWire. Это позволяет перенести изображения из памяти камеры на жесткий диск компьютера. При помощи специального программного обеспечения (например, редактора Adobe Photoshop) пользователь может обрезать изображение, настроить яркость, контраст и баланс, увеличить резкость или, наоборот, частично размыть изображение, удалить ненужные элементы и наложить в произвольном сочетании фильтры. Удовлетворившись результатом, пользователь волен распечатать изображения на цветном принтере, разместить их в Интернете, а также записать на компакт-диск или DVD для архивации или последующей печати. По вычислительным мощностям, объему оперативной памяти и дискового пространства, равно как и по сложности программного обеспечения, цифровые однообъективные зеркальные фотоаппараты (Single-Lens Reflex, SLR) сопоставимы с настольными системами двух-трехлетней давности. Помимо вышеперечисленных операций, компьютер такого фотоаппарата должен обеспечивать взаимодействие с процессором объектива и вспышки, обновлять изображение на жидкокристаллическом экране, не говоря уже о координации действий всех кнопок, колесиков, индикаторов, дисплеев и прочих приспособлений в реальном времени. 3. Практикум по дисциплине ![]() ![]() ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... ![]() ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... ![]() Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... ![]() Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|