Appunti di Telecomunicazioni

Il suono è una vibrazione

Il suono è una vibrazione, che genera nell'aria dei movimenti ondulatori che danno la sensazione uditiva. Quando parliamo al telefono queste vibrazioni arrivano alla membrana della cornetta, che è in grado di convertirle in variazioni del potenziale elettrico; queste generano a loro volta una corrente elettrica variabile lungo il filo che giunge fino all'altro apparecchio, dove avviene il processo inverso.

Segnale digitale

Modalità di rappresentazione di variabili fisiche nella quale la grandezza fisica è rappresentata da valori numerici (sulla base di una codifica binaria) che variano in modo discreto nel tempo. Il segnale digitale in pratica può assumere soltanto un numero finito di valori su un tempo finito. Solitamente l'informazione a disposizione non si trova già in modalità digitale, ma deve essere convertita.

La conversione analogico/digitale

Il processo di conversione di un segnale analogico in uno digitale avviene

tramite due fasi di discretizzazione e una fase di codifica che permette di ottenere il segnale nella forma numerica finale. A tutto ciò provvedono due circuiti: ADC (analogic to digital converter) e il DAC (digital to analogic converter). Il campionamento Con il processo di campionamento, si considerano solamente i valori che il segnale assume in istanti di tempo prefissati, abbastanza ravvicinati tra loro. L'andamento del segnale nei restanti punti può essere ricostruito a partire dai valori conosciuti a patto che questi istanti siano abbastanza vicini tra loro. La distanza tra i due successivi valori noti del segnale è detta passo o periodo di campionamento. Ed i valori assunti dal segnale negli istanti noti sono campioni del segnale. Ricordando che segnali con un alto contenuto in frequenza variano più rapidamente, si capisce come una scelta del passo di campionamento debba essere legata alla banda di frequenze occupate dal segnale. Il periodo di campionamento.

Tc deve soddisfare il teorema del campionamento o teorema di Shannon

Il teorema afferma che il numero di campioni nell'unità di tempo deve essere almeno pari al doppio della frequenza massima del segnale che si vuole produrre; il numero di campioni nell'unità di tempo si chiama frequenza di campionamento del segnale legata al periodo di campionamento dalla relazione Fc = 1/Tc

In altre parole, un segnale analogico può essere ricostruito a partire dalla sua versione campionata, solo se il segnale originale è a banda limitata tra -B e +B e se il periodo di campionamento Tc è minore dell'inverso del doppio della frequenza più alta del segnale originale. (Tc < 1/(2B))

Se non rispettiamo il teorema il segnale campionato non descriverà esattamente l'originale, ma si avranno delle componenti indesiderate (fenomeno di Aliasing).

La quantizzazione del segnale, anche dopo che è stato campionato, non è ancora in

una forma utile per essere manipolato da un elaboratoreelettronico. Questo perché una rappresentazione esatta dei singoli campioni richiederebbe una quantità di memoria infinita. In generale non ci interessa il valore esatto del campione, ma siamo disposti ad accettare anche un valore approssimato. Questa operazione di limitazione del numero di cifre decimali usate per rappresentare i campioni va sotto il nome di quantizzazione del segnale campionato.

La codifica binariaLa codifica è il processo che ad ogni campione quantizzato fa corrispondere un numero binario, cioè una sequenza di bit. Ad esempio, il numero 1 sarà rappresentato dalla combinazione '01', il 2 sarà rappresentato dalla combinazione '10', il 3 da '11', il 4 da '100', il 5 da '101', il 6 da '110', il 7 da '111', l'8 da '1000' e così via. La nostra rappresentazione dei numeri superiori a 2 sarà quindi una sequenza di bit che rappresenta il numero corrispondente.

ottenutacombinando fra loro un numero via via maggiore di '0' e di '1', proprio come nel nostro sistema decimale i numeri superiori al 9 vengono costruiti combinando fra loro le dieci cifre che abbiamo a disposizione. Rappresentazione del testo in formato digitale un testo non è altro che una successione di caratteri. i caratteri di base sono in un numero che è, almeno per le lingue basate sull'alfabeto latino, finito e piuttosto ristretto. Il nostro compito consiste allora nello stabilire una tabella di corrispondenza fra caratteri e numeri binari. Una tabella di questo tipo si chiama tabella di codifica dei caratteri. Per molto tempo, la codifica di riferimento è stata la cosiddetta codifica ASCII che permetteva di distinguere 128 caratteri diversi; la tabella di caratteri attualmente più usata, denominata ISO Latin 1, distingue 256 caratteri. L'indicazione ISO indica l'approvazione da parte dell'International

Standardization Organization

Latin 1 indica che si tratta della tabella di riferimento per gli alfabeti di tipo latino.

Suoni immagini e video in formato digitale

• Con i suoni, la trasformazione del dato analogico in digitale si basa su un processo di segmentazione (campionamento) il più raffinata possibile dell'onda sonora di partenza. Ognuno di questi punti sarà identificato dai suoi valori sugli assi cartesiani, e questi valori naturalmente sono numeri che verranno rappresentati in codice binario.
• Per digitalizzare un'immagine, il primo passo è quello di sovrapporre all'immagine analogica una griglia di minuscole cellette (pixel). A parità di immagine più fitta è la griglia, più ci sarà l'illusione di un'immagine continua. Questi minuscoli puntini verranno poi rappresentati numericamente attraverso una tavola di corrispondenza che faccia corrispondere numeri diversi a colori diversi. La qualità

dell’immagine dipenderà non solo dal numero di pixel della griglia, ma dal numero di bit che vogliamo occupare per descrivere quel pixel. Ad esempio con 8 bit possiamo codificare 256 colori; spendendo 16 bit avremo a disposizione 65.536 colori, con 24 bit avremo oltre 16 milioni di colori, e con 32 bit oltre 4 miliardi di colori.

Un filmato altro non è che una successione di fotogrammi accompagnata da una banda sonora. Il numero dei bit aumenta notevolmente in funzione del numero di fotogrammi, della loro risoluzione, della palette colori, della qualità del sonoro e della lunghezza del filmato.

La compressione è il compito di un algoritmo che trasforma la sequenza di byte ottenuta in una sequenza più piccola. Comprimere un file vuol dire eliminare le componenti non essenziali o ridondanti, tentando di mantenere inalterata la qualità originaria. La principale differenza tra i formati di compressione è data dalla loro

reversibilità: un formato che è in grado di restituire al termine della decompressione, un contenuto esattamente uguale all'originale viene definito LossLess o senza perdita o non distruttivo. Un formato che non può assicurare una reversibilità assoluta viene definito Lossy o con perdita o distruttivo. L'efficienza della compressione viene calcolata dividendo la grandezza originaria per la sua grandezza compressa.

Nella run lenght encoding (un sistema LossLess) ogni serie ripetuta di caratteri viene codificata usando 2 bytes. Il primo fa da contatore e il secondo contiene l'elemento ripetitivo.

Lo standard JPEG, da non confondere con il formato JPEG, è il lavoro di una commissione di esperti formatasi nel 1986 con lo scopo di stabilire uno standard di compressione per le immagini a tono continuo. Eccone la sequenza di operazioni:

1. Trasformazione dello spazio colore da RGB a YUV. Il sistema YUV scompone l'informazione su

ciascun pixela due componenti: la luminanza Y e la crominanza UV². DCT applicata a blocchi di 8+8px i cui valori di luminosità e colore verranno trasformati in valori di frequenza che variano da –721 a 7213. Ciascuno dei 64 valori di freq. viene diviso per un coefficiente di quantizzazione e arrotondato all’intero più vicino. Le frequenze + basse e + importanti per l’occhio umano verranno preservate e le altre eliminate.
4. Ai valori risultanti verrà applicata una compressione LossLess.
5. Inserimento nel file compresso dei parametri per la decompressione (i coefficienti di quantizzazione…)
Bit rate
Il bit rate indica la quantità di dati che possono transitare nell’unità di tempo, attraverso il canale di comunicazione. Normalmente si misura in bit al secondo (bps). Per una video conferenza occorrono dai 128kbps a 1mbps.
Convergenza al digitale
Ci si riferisce al progressivo trasferimento verso il formato digitale di tipologie di

informazione tradizionalmente collegate a media diversi. La convergenza di codifica diventa anche una vera e propria convergenza tecnologica nel momento in cui al posto di strumenti basati su tecnologie diverse compaiono strumenti diversi per aspetto ma con la stessa funzione di acquisire manipolare e distribuire informazione in formato digitale.

I sistemi di telecomunicazione

Telecomunicazione significa "letteralmente" comunicazione a distanza; ma questa definizione includerebbe nella categoria innumerevoli forme di comunicazione come la posta e perché no i libri. Allora siamo in presenza di un sistema di telecomunicazione solo se il trasferimento di informazioni nello spazio avviene mediante il trasporto di energia e non di materia. (telegrafo, telefono, comunicazione satellitari). In questi sistemi il trasferimento di informazione avviene attraverso il trasporto di flussi di energia come la corrente elettrica o le radiazioni elettromagnetiche di varia frequenza, attraverso

Un mezzo che può essere fisicamente limitato, come un cavo, o illimitato come lo spazio (onde radio). Schema di un sistema di telecomunicazioni:

La telecomunicazione consiste nella trasmissione di informazione da una fonte A ad una destinazione B, mediante il trasporto di energia elettrica, ottica o elettromagnetica. Secondo il seguente schema:

1. La sorgente, che produce il messaggio (discreto o continuo)
2. Il trasmettitore, che deve trasformare il messaggio in un segnale adatto ad essere trasmesso
3. Il canale: il mezzo attraverso il quale viaggia l'informazione codificata
4. Il ricevitore che compie un'operazione inversa a quella del trasmettitore
5. Il destinatario del messaggio
6. In ultimo, ma fondamentale... l'informazione

Caratteristiche di un sistema di trasmissione:

I mezzi fisici sono caratterizzati da una banda di frequenze detta banda passante: essa rappresenta l'intervallo di frequenze che il mezzo fisico è in grado di trasmettere senza alterarle.

oltre certi limiti. A volte questa banda dipende dal mezzo fisico, a volte è ottenuta attraverso dei filtri che tagliano alcune frequenze. In generale i mezzi trasmissivi:

• Attenuano i segnali in proporzione alla distanza per