В.3. Сигнали сучасних джерел повідомлень, їх частотний діапазон.

Сучасна телекомунікація виділяє чотири основні види повідомлень:

- акустичні (мова, музика);

- телевізійні зображення рухомих об’єктів;

- факсимільні зображення нерухомих об’єктів (тексті, графіків, рисунків, фотографій);

- повідомлення, що їх висилають персональні комп’ютери у вигляді т. зв. цифрових сигналів.

Усі наведені повідомлення мають вигляд електричних сигналів, які певним чином змінюються у часі. Для створення цих сигналів використовують відповідні перетворювачі первинних оригінальних сигналів в електричні сигнали. Наприклад, мікрофон перетворює акустичні коливання в електричні; передавальна телевізійна камера чи факсимільний апарат перетворюють оптичні зображення в електричні сигнали; персональний комп’ютер висилає кодові комбінації електричних сигналів, що є відповідниками певних літер, цифр, розділових знаків тощо. Ці перетворювачі називають первинними перетворювачами.

Коротко розглянемо особливості електричних сигналів, які створюють перелічені первинні перетворювачі.

Акустичні сигнали займають діапазон частот, в якому зосереджена основна частина енергії звукових коливань. Цей діапазон містить частоти в межах від 100 Гц до 8 кГц. Людське вухо може сприймати звукові сигнали і діапазоні частот ввід 20 Гц до 20 кГц, причому найвища чутливість вуха відповідає частотам ввід 1 кГц до 3 кГц. Тому і сучасній телекомунікації прийнято вважати, що для доброго розуміння мови достатнім є діапазон частот в межах від 300 Гц до 3400 Гц (ширина смуги 3100Гц), у спеціальних випадках при пересиланні звукових сигналів, створених музичними інструментами, діапазон частот займає смугу від 20 Гц до 16 кГц. Отже, вихідний сигнал первинного перетворювача звукових повідомлень (мікрофона) є неперервним у часі та множині значень електричним сигналом, що займає певний обмежений діапазон частот, в якому зосереджена основна частина його енергії.

Телевізійні зображення рухомих об’єктів у вигляді електричних сигналів формує передавальна телевізійна камера, в який за допомогою оптичної системи зображення об’єкта фокусується на фотокатоді, котрий складається з величезної кількості фото чутливих елементів, кожен з яких створює електричний заряд (потенціал) пропорційний яскравості відповідного елемента об’єкта. В такий спосіб на фотокатоді створюється т. зв. потенціальний рельєф, що відповідає зображенню реального об’єкта. Це зображення зчитується (сканується) електронним променем, який послідовно пробігає через елементи фотокатода і створює змінний у часі вихідний струм пропорційний поверхневій яскравості оригінального об’єкта. Цей струм називають відеосигналом, а спосіб зчитування просторового зображення називають растровим. Очевидно, що повне зображення об’єкта (кадр) має біти поділене на рядки, у кожному з яких знаходиться певне число елементів (пікселів). Для того, щоб спостерігач сприймав зображення як рухоме, потрібно пересилати не менше ніж 25 – 30 нерухомих зображень (кадрів) на секунду. Наприклад, в телевізійному стандарті PAL / SECAM, який діє в Україні, в Польщі та в Росії, один кадр містить 625 рядків, у кожному з яких знаходиться 833 пікселі. За секунду 25 кадрів, що відповідає верхній частоті відеосигналу 6, 5 МГц. Отже, телевізійний відеосигнал теж є неперервним у часі та на множині значень сигналом, який займає смугу частот від нуля до 6, 5 МГц, що на декілька порядків більше від смуги частот звукового сигналу.

Перетворення зображень нерухомих об’єктів (текстів, креслень, фотографій, рисунків) у електричний сигнал здійснює факсимільний апарат (скорочено – факс), який діє аналогічно передавальній телевізійній камері, тобто використовує растровий метод перетворення оптичних сигналів на електричні за допомогою фоточутливих елементів. Оскільки об’єкт є нерухомим, то немає потреби висилати кадри з великою швидкістю, і тому ширина суги частот факсимільних сигналів є значно нижчою, ніж у випадку телевізійних сигналів, і здебільшого займає діапазон частот від 450 Гц до 3050 Гц, тому їх можна пересилати через телефонні лінії зв’язку, як і звукові сигнали.

Персональний комп’ютер (ПК) висилає повідомлення у вигляді електричних сигналів, закодованих за допомогою стандартного коду ASCII (American Standart Code for Information Interchange). Кожен символ цього коду представлений семи розрядним (семибітовим) двійковим числом. Символами є великі та малі літери алфавіту, цифри, розділові знаки, різноманітні функцій ні символи тощо. Максимальна кількість різних символів коду ASCII дорівнює 2⁷ = 128. В кінці кожного символу додано восьмий розряд (т. зв. контрольний біт), який призначений до виявлення помилок. Діапазон частот, інформації, яку вимірюють у бітах на секунду (біт/с), і чим більша швидкість пересилання інформації, тим ширшу смугу частот займають сигнали. Типові швидкості пересилання інформації лежать у межах від десятків кілобіт на секунду до десятків кілобіт на секунду до десятків мегаліт на секунду, що відповідає ширині смуги частот від десятків кілогерц до десятків мегагерц.

Отже, зі сказаного віще випливає, що більшість сучасних типових джерел повідомлень створюють неперервні у часі та на множині значень сигнали з обмеженим зверху діапазоном частот, тобто вони не містять частот, вищих від деякої максимальної частоти fmax. Такі сигнали прийнято називати сигналами з обмеженим спектром. Ця властивість має принципове значення при розгляді аналого – цифрового перетворення, про що буде мова далі.