Квантование изображения. Описание Image Processing Toolbox. Выполнение преобразования цветовых пространств

ГЛАВА 1 ОСНОВЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

1. 1. Типовая система передачи данных

Любая система передачи данных (СПД) может быть описана через три основные свои компоненты. Такими компонентами являются передатчик (или так называемый "источник передачи информации"), канал передачи данных и приемник (также называемый "получателем" информации). При двухсторонней (дуплексной передаче) источник и получатель могут быть объединены так, что их оборудование может передавать и принимать данные одновременно. В простейшем случае СПД между точками А и В (рис. 1. 1) состоит из следующих основных семи частей:

> Оконечного оборудования данных в точке А.

> Интерфейса (или стыка) между оконечным оборудованием данных и аппаратурой канала данных.

> Аппаратуры канала данных в точке А. > Канала передачи между точками А и В. > Аппаратуры канала данных в точке В. > Интерфейса (или стыка) аппаратуры канала данных.

> Оконечного оборудования данных в точке В.

Оконечное оборудование данных (ООД) - это обобщенное понятие, используемое для описания оконечного прибора пользователя или его части. ООД

Рис. 1.1. Типовая система передачи данных: а - блок-схема системы передачи данных;

б - реальная система передачи данных

может являться источником информации, ее получателем или тем и другим одновременно. ООД передает и (или) принимает данные посредством использования аппаратуры канала данных (АКД) и канала передачи. В литературе часто употребляется соответствующий международный термин - DTE (Data Terminal Equipment). Часто в качестве DTE может выступать персональный компьютер, большая ЭВМ (mainframe computer), терминал, устройство сбора данных, кассовый аппарат, приемник сигналов глобальной навигационной системы или любое другое оборудование, способное передавать или принимать данные.

Аппаратуру канала данных также называют аппаратурой передачи данных (АПД). Широко используется международный термин DCE (Data Communications Equipment), который и будем употреблять в дальнейшем. Функция DCE состоит в обеспечении возможности передачи информации между двумя или большим числом DTE по каналу определенного типа, например по телефонному. Для этого DCE должен обеспечить соединение с DTE с одной стороны, и с каналом передачи - с другой. На рис. 1. 1, а DCE может являться аналоговым модемом, если используется аналоговый канал, или, например, устройством обслуживания канала/данных (CSU/DSU - Channel Seruis Unit/ Data Service Unit), если используется цифровой канал типа Е1/Т1 или ISDN. Модемы, разработанные в 60-70-х годах, представляли собой устройства исключительно с функциями преобразования сигналов. Однако в последние годы модемы приобрели значительное количество сложных функций, которые будут рассмотрены ниже.

Слово модем является сокращенным названием устройства, осуществляющего процесс МОдуляции/ДЕМодуляции. Модуляцией называется процесс изменения одного либо нескольких параметров выходного сигнала по закону входного сигнала При этом входной сигнал является, как правило, цифровым и называется модулирующим Выходной сигнал - обычно аналоговый и часто носит название модулированного сигнала В настоящее время модемы наиболее широко используются для передачи данных между компьютерами через коммутируемую телефонную сеть общего пользования (КТСОП, GTSN - General Switched Telefone Network)

Важную роль во взаимодействии DTE и DCE играет их интерфейс, который состоит из входящих/исходящих цепей в DTE и DCE, разъемов и соедини тельных кабелей В отечественной литературе и стандартах также часто употребляется термин стык

Соединение DTE с DCE происходит по одному из стыков типа С2 При подключении DCE к каналу связи или среде распространения применяется один из стыков типа С1

1. 2. Каналы связи

1. 2. 1. Аналоговые и цифровые каналы

Под каналом связи понимают совокупность среды распространения и техни ческих средств передачи между двумя канальными интерфейсами или стыками типа С1 (см рис 1 1). По этой причине стык С1 часто называется канальным стыком

В зависимости от типа передаваемых сигналов различают два больших класса каналов связи цифровые и аналоговые

Цифровой канал является битовым трактом с цифровым (импульсным) сигналом на входе и выходе канала На вход аналогового канала поступает непрерывный сигнал, и с его выхода также снимается непрерывный сигнал (рис 1 2) Как известно, сигналы характеризуются формой своего представления

Рис 1 2 Цифровые и аналоговые каналы передачи

Параметры сигналов могут быть непрерывными или принимать только дискретные значения. Сигналы могут содержать информацию либо в каждый момент времени (непрерывные во времени, аналоговые сигналы), либо только в определенные, дискретные моменты времени (цифровые, дискретные, импульсные сигналы).

Цифровыми являются каналы систем ИКМ, ISDN, каналы типа Т1/Е1 и многие другие. Вновь создаваемые СПД стараются строить на основе цифровых каналов, обладающих рядом преимуществ перед аналоговыми.

Аналоговые каналы являются наиболее распространенными по причине длительной истории их развития и простоты реализации. Типичным примером аналогового канала является канал тональной частоты (ктч), а также групповые тракты на 12, 60 и более каналов тональной частоты. Телефонный канал КТСОП, как правило, включает многочисленные коммутаторы, устройства разделения, групповые модуляторы и демодуляторы. Для КТСОП этот канал (его физический маршрут и ряд параметров) будет меняться при каждом очередном вызове.

При передаче данных на входе аналогового канала должно находиться устройство, которое преобразовывало бы цифровые данные, приходящие от DTE, в аналоговые сигналы, посылаемые в канал. Приемник должен содержать устройство, которое преобразовывало бы обратно принятые непрерывные сигналы в цифровые данные. Этими устройствами являются модемы. Аналогично, при передаче по цифровым каналам данные от DTE приходится приводить к виду, принятому для данного конкретного канала. Этим преобразованием занимаются цифровые модемы, очень часто называемые адаптерами ISDN, адаптерами каналов Е1/Т1, линейными драйверами, и так далее (в зависимости от конкретного типа канала или среды передачи).

Термин модем используется широко. При этом необязательно подразумевается какая-либо модуляция, а просто указывается на определенные операции преобразования сигналов, поступающих от DTE для их дальнейшей передачи по используемому каналу. Таким образом, в широком смысле понятия модем и аппаратура канала данных (DCE) являются синонимами.

1. 2. 2. Коммутируемые и выделенные каналы

Коммутируемые каналы предоставляются потребителям на время соединения по их требованию (звонку). Такие каналы принципиально содержат в своем составе коммутационное оборудование телефонных станций (АТС). Обычные телефонные аппараты используют коммутируемые каналы КТСОП. Кроме того, коммутируемые каналы предоставляет цифровая сеть с интеграцией служб (ISDN - Integrated Services Digital Network).

Выделенные (арендованные) каналы арендуются у телефонных компаний или (очень редко) прокладываются самой заинтересованной ерганизацией. Такие каналы являются принципиально двухточечными. Их качество в общем случае выше качества коммутируемых каналов по причине отсутствия влияния коммутационной аппаратуры АТС.

1. 2. 3. Двух- и четырехпроводные каналы

Как правило, каналы имеют двухпроводное или четырехпроводное окончание. Для краткости их называют, соответственно, двухпроводными и четырехпроводными.

Четырехпроводные каналы предоставляют два провода для передачи сигнала и еще два провода для приема. Преимуществом таких каналов является практически полное отсутствие влияния сигналов, передаваемых во встречном направлении.

Двухпроводные каналы позволяют использовать два провода как для передачи, так и для приема сигналов. Такие каналы позволяют экономить на стоимости кабелей, но требуют усложнения каналообразующей аппаратуры и аппаратуры пользователя. Двухпроводные каналы требуют решение задачи разделения принимаемого и передаваемого сигналов. Такая развязка реализуется при помощи дифференциальных систем, обеспечивающих необходимое затухание по встречным направлениям передачи. Неидеальность дифференциальных систем (а идеального ничего не бывает) приводит к искажениям ампли-тудно-частотных и фазо-частотных характеристик канала и к специфической помехе в виде эхо-сигнала.

1. 3. Семиуровневая модель OSI

Для того, чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если невозможно разговаривать друг с другом непосредственно, применяются вспомогательные средства для передачи сообщений. Одним из таких средств является система почтовой связи (рис. 1. 3). В ее составе можно выделить определенные функциональные уровни, например, уровень сбора и доставки писем из почтовых ящиков на ближайшие почтовые узлы связи и в обратном направлении, уровень сортировки писем в транзитных узлах, и т. д. Принятые в почтовой связи всевозможные стандарты на размеры конвертов, порядок оформления адресов и др. позволяют отправлять и получать корреспонденцию практически из любой точки Земного шара.

Похожая картина имеет место и в области электронных коммуникаций, где рынок компьютеров, коммуникационного оборудования информационных систем и сетей необычайно широк и разношерстен. По этой причине создание современных информационных систем стадо невозможным без использования общих подходов при их разработке, без унификации характеристик и параметров их составных компонент.

Теоретическую основу современных информационных сетей определяет Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI - Open Systems Interconnection) Международной организации стандартов (ISO - International Standards Organization). Она описана стандартом ISO 7498. Модель является международным стандартом для передачи данных. Согласно эталонной

Таблица 1. 1. Функции уровней модели взаимодействия открытых систем

Уровень	Функции
7. Прикладной	Интерфейс с прикладными процессами
6. Представительный	Согласование представления и интерпретация передаваемых данных
5. Сеансовый	Поддержка диалога между удаленными процессами; обеспечение соединения и разъединения этих процессов; реализация обмена данными между ними
4. Транспортный	Обеспечение сквозного обмена данными между системами
3. Сетевой	Маршрутизация; сегментирование и объединение блоков данных; управление потоками данных; обнаружение ошибок и сообщение о них
2. Канальный	Управление каналом передачи данных; формирование кадров: управление доступом к среде передачи; передача данных по каналу; обнаружение ошибок в канале и их коррекция
1. Физический	Физический интерфейс с каналом передачи данных; битовые протоколы модуляции и линейного кодирования

модели взаимодействия OSI выделяются семь уровней, образующих область взаимодействия открытых систем (табл. 1. 1).

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных расщепляется на отдельные конкретные задачи. Функции уровня, в зависимости от его номера, могут выполняться программными, аппаратными либо программно-аппаратными средствами. Как правило, реализация функций высших уровней носит программный характер, функции канального и сетевого уровней могут быть исполнены как программными, так и аппаратными средствами. Физический уровень обычно выполняется в аппаратном виде.

Каждый уровень определяется группой стандартов, которые включают в себя две спецификации: протокол и обеспечиваемый для вышестоящего уровня сервис. Под протоколом подразумевается набор правил и форматов, определяющих взаимодействие объектов одного уровня модели.

Наиболее близким к пользователю является прикладной уровень. Его главная задача - предоставить уже переработанную (принятую) информацию. С этим обычно справляется системное и пользовательское прикладное программное обеспечение, например, терминальная программа. При передаче информации между различными вычислительными системами должно применяться одинаковое кодовое представление используемых алфавитно-цифровых знаков. Другими словами, прикладные программы взаимодействующих пользователей должны работать с одинаковыми кодовыми таблицами. Количество представленных в коде знаков зависит от числа битов, используемых в коде, то есть от основания кода. Наибольшее распространение нашли коды, приведенные в табл. 1. 2.

Рис. 13. Функциональные уровни системы почтовой связи

Таблица 1. 2. Основные характеристики распространенных знаковых кодов

Часто используются всевозможные национальные расширения перечисленных кодов, например основная и альтернативная кодировки кириллицы для кода ASCII. В этом случае основание кода увеличивается до 8 бит.

Функции современных модемов относятся к наиболее "далеким" от пользователя уровням - физическому и канальному.

1. 3. 1. Физический уровень

Данный уровень определяет интерфейсы системы с каналом связи, а именно, механические, электрические, функциональные и процедурные параметры соединения. Физический уровень также описывает процедуры передачи сигналов в канал и получения их из канала. Он предназначен для переноса потока двоичных сигналов (последовательности бит), в виде, пригодном для передачи по конкретной используемой физической среде. В качестве такой физической среды передачи могут выступать канал тональной частоты, соединительная проводная линия, радиоканал или что-то другое.

Физический уровень выполняет три основные функции: установление и разъединение соединений; преобразование сигналов и реализация интерфейса.

Установление и разъединение соединения

При использовании коммутируемых каналов на физическом уровне необходимо осуществить предварительное соединение взаимодействующих систем и их последующее разъединение. При использовании выделенных (арендуемых) каналов такая процедура упрощается, так как каналы постоянно закреплены за соответствующими направлениями связи. В последнем случае обмен данными между системами, не имеющими прямых связей, организуется с помощью коммутации потоков, сообщений или пакетов данных через промежуточные взаимодействующие системы (узлы). Однако функции такой коммутации выполняются уже на более высоких уровнях и к физическому уровню отношения не имеют.

Кроме физического подключения взаимодействующие модемы могут также "договариваться" об устраивающем их обоих режиме работы, то есть способе модуляции, скорости передачи, режимах исправления ошибок и сжатия данных и т. д. После установления соединения управление передается более высокому канальному уровню.

Преобразование сигналов

Для согласования последовательности передаваемых бит с параметрами используемого аналогового или цифрового канала требуется выполнить их преобразование в аналоговый либо дискретный сигнал, соответственно. К этой же группе функций относятся процедуры, реализующие стык с физическим (аналоговым или цифровым) каналом связи. Такой стык часто называется стыком, зависящим от среды и он может соответствовать одному из гостированных канальных стыков С1. Примерами таких стыков С1 могут быть: С1-ТФ (ГОСТы 23504-79, 25007-81, 26557-85) - для каналов КТСОП, С1-ТЧ (ГОСТы 23475-79, 23504-79, 23578-79, 25007-81, 26557-85) - для выделенных каналов тональной частоты, С1-ТГ (ГОСТ 22937-78) - для телеграфных каналов связи, С1-ШП (ГОСТы 24174-80, 25007-81, 26557-85) - для первичных широкополосных каналов, С1-ФЛ (ГОСТы 24174-80, 26532-85) - для физических линий связи, С1-АК - для акустического сопряжения DCE с каналом связи и ряд других.

Функция преобразования сигналов является главнейшей функцией модемов. По этой причине первые модемы, не обладавших интеллектуальными возможностями и не выполнявшие аппаратное сжатие и коррекцию ошибок, часто называли устройствами преобразования сигналов (У ПС).

Реализация интерфейса

Реализация интерфейса между DTE и DCE является третьей важнейшей функцией физического уровня. Такого рода интерфейсы регламентируются соответствующими рекомендациям и стандартами, к которым, в частности, относятся V. 24, RS-232, RS-449, RS-422A, RS-423A, V. 35 и другие. Такие интерфейсы определяются отечественными ГОСТами как преобразовательные стыки С2 или стыками, не зависящими от среды.

Стандарты и рекомендации по интерфейсам DTE-DCE определяют общие характеристики (скорость и последовательность передачи), функциональные и процедурные характеристики (номенклатура, категория цепей интерфейса, правила их взаимодействия); электрические (величины напряжений, токов и сопротивлений) и механические характеристики (габариты, распределение контактов по цепям).

На физическом уровне происходит диагностика определенного класса неисправностей, например таких, как обрыв провода, пропадание питания, потеря механического контакта и т. п.

Типовой профиль протоколов при использовании модема, поддерживающего только функции физического уровня, приведен на рис. 1. 4. При этом считается, что компьютер (DTE) соединяется с модемом (DCE) посредством интерфейса RS-232, а модем использует протокол модуляции V. 21.

Рис 1 4 Профиль протоколов для модема с функциями только физического уровня

Помехозащищенность канала связи, состоящего из двух модемов и среды передачи между ними, является ограниченной и, как правило, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к достоверности передаваемых данных По этой причине физический уровень рассматривается как ненадежная система Задача исправления искаженных в канале передачи битов решается на более высоких уровнях, в частности, на канальном уровне

1. 3. 2. Канальный уровень

Канальный уровень часто называют уровнем управления звеном данных Средства этого уровня реализуют следующие основные функции

> формирование из передаваемой последовательности бит блоков данных определенного размера для их дальнейшего размещения в информационном поле кадров, которые и передаются по каналу,

> кодирование содержимого кадра помехоустойчивым кодом (как правило, с обнаружением ошибок) с целью повышения достоверности передачи данных,

> восстановление исходной последовательности данных на приемной стороне,

> обеспечение кодонезависимой передачи данных с целью реализации для пользователя (или прикладных процессов) возможности произвольного выбора кода представления данных;

> управление потоком данных на уровне канала, то есть темпа их выдачи в DTE получателя;

> устранение последствий потерь, искажений или дублирования передаваемых в канале кадров.

В качестве стандарта Для протоколов второго уровня организацией ISO рекомендуется протокол HDLC (High Level Data Link Control). Он получил в мире телекоммуникаций чрезвычайно широкое распространение. На основе протокола HDLC разработано множество других, являющихся по своей сути некоторой адаптацией и упрощением ряда его возможностей по отношению к конкретной области применения. К такому подмножеству HDLC относятся часто используемые протоколы SDLC (Synchronous Data Link Control), LAP (Link Access Procedure), LAPB (Link Access Procedure Balanced), LAPD (Link Access Procedure D-channel), LAPM (Link Access Procedure for Modems), LLC (Logical Link Network), LAPX (Link Access Procedure eXtention) и ряд других. Например, протоколы LAPB и LAPD применяются в цифровых сетях ISDN (Integrated Services Digital Network)," LAPM является базовым для стандарта коррекции ошибок V. 42, LAPX является полудуплексным вариантом HDLC и используется в терминальных сетях и системах, работающих в стандарте Teletex, а протокол LLC (Link Logic Control) реализован практически во всех сетях с множественным доступом (например, в беспроводных локальных сетях). На рис. 1. 5 изображено семейство протокола HDLC и области его применения.

Рис. 1. 5. Семейство протокола HDLC

Рис 1 6. Профиль протоколов для модема с функциями физического и канального уровней

Возможный профиль протоколов для модема, поддерживающего функции физического и канального уровней, представлен на рис. 1. 6. Считается, что компьютер соединяется с модемом посредством интерфейса RS-232, и уже модем реализует протокол модуляции V 34 и аппаратную коррекцию ошибок согласно стандарта V 42

Рис. 1 7 Профиль протоколов для DCE с множественным доступом

В некоторых сетях, основанных на каналах с многоточечным подключением, сигнал, принимаемый каждым DCE, является суммой сигналов, передаваемых от целого ряда других DCE Каналы связи в таких сетях называют каналами с множественным доступом или моноканалами, а сами сети называют сетями множественного доступа. Такими сетями являются некоторые спутниковые сети, наземные пакетные радиосети, а также локальные проводные и беспроводные сети.

Соответствующие уровни модели OSI при передаче в режиме множественного доступа несколько отличны от тех, что используются в СПД с двухточечными каналами. Второй уровень должен обеспечить верхние уровни виртуальным каналом для безошибочной передачи пакетов, а физический уровень должен предоставить битовый тракт. Появляется необходимость в промежуточном уровне для управления каналом с множественным доступом таким образом, чтобы из каждого DCE можно было передавать кадры без постоянных конфликтов с остальными DCE. Этот уровень называется уровнем управления доступом к среде передачи MAC (Medium Access Control). Обычно его считают первым подуровнем уровня 2, т. е. уровнем 2. 1. Традиционный канальный уровень в этом случае превращается в уровень управления логическим каналом LLC (Logical Link Control) и является подуровнем 2. 2. На рис. 1. 7 показана взаимосвязь второго уровня и подуровней LLC и MAC.

1. 4. Факсимильная связь

1. 4. 1. Передача факсимильного изображения

Факсимильная связь является видом документальной связи, предназначенной для передачи не только содержания, но и внешнего вида самого документа. Сущность факсимильного метода передачи состоит в том, что передаваемое изображение (оригинал) разбивается на отдельные элементарные площадки, которые сканируются со скоростью развертки 60, 90, 120, 180 или 240 строк/мин. Сигнал яркости пропорциональный коэффициенту отражения таких элементарных площадок преобразуется в цифровой вид и передается по каналу связи с использованием того либо иного способа модуляции. На приемной стороне эти сигналы преобразуются в элементы изображения и воспроизводятся (записываются) на приемном бланке.

Структурная схема факсимильной связи приведена на рис. 1. 8. Изображение (оригинал), подлежащее передаче, подвергается сканированию световым пятном требуемых размеров. Пятно формируется светооптической системой, содержащей источник света и оптическое устройство. Перемещение пятна по поверхности оригинала осуществляется развертывающим устройством (РУ). Часть светового потока, падающего на элементарную площадку оригинала, отражается и поступает на фотоэлектрический преобразователь (ФП), в котором происходит его преобразование в электрический видеосигнал. Амплитуда видеосигнала на выходе фотопреобразователя пропорциональна величине отраженного светового потока. Далее видеосигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), где преобразуется в цифровой код. С выхода АЦП цифровой код поступает на вход устройства преобразования сигналов (УПС), то есть модулятора, где посредством использования одного из протоколов модуляции спектр цифрового видеосигнала переносится в область частот используемого канала связи.

Рис. 1. 8. Структурная схема факсимильной связи

При приемной стороне приходящий из канала связи модулированный сигнал последовательно поступает в УПС и ЦАП для демодуляции и цифро-ана-логового преобразования, соответственно. Далее видеосигнал поступает в воспроизводящее устройство (ВУ), где в результате действия развертывающего устройства на бланке воспроизводится копия переданного изображения. Процесс получения конечной факсимильной копии обратный процессу сканирования носит название репликации. Для обеспечения синхронности и синфазности разверток на передающей и приемной сторонах используются устройства синхронизации (УС).

Таким образом, аппарат факсимильной связи (факс) очень напоминает ксерокс, в котором оригинал и копию разделяют многие километры.

Современные факс-модемы имеют в своем составе все составные части факсимильных аппаратов за исключением сканирующего и воспроизводящего устройств. Они "умеют" связываться с обыкновенными факсами, при этом принимаемая информация о передаваемом изображении выдается на компьютер, где программой передачи факсимильных сообщений преобразуется в один из распространенных графических форматов. В дальнейшем, полученный таким образом документ, можно отредактировать, вывести на принтер или передать другому корреспонденту, имеющему факс или компьютер с факс-модемом.

1. 4. 2. Стандарты факсимильной связи

Согласно рекомендациям Сектора стандартизации Международного союза электросвязи (ITU-T - International Telecommunications Union - Telecommunications) в зависимости от используемого вида модуляции различают факсы четырех групп. Первые факсимильные стандарты, относящиеся к группе 1, были основаны на аналоговом методе передачи информации. Страница текста факсами группы 1 передавалась за 6 минут. Стандарты группы 2 усовершенствовали эту технологию в направлении увеличения скорости передачи, в результате чего время передачи одной страницы сократилось до 3 минут.

Стандарт на факсы группы 3 изначально был определен рекомендацией ITU-Т Т. 4 1980 года. Этот стандарт был дважды переиздан - первый раз в 1984 г. и затем в 1988 г. В модификации этого стандарта от 1990 г. были одобрены схемы кодирования, разработанные для факсимильных аппаратов группы 4, а также более высокие скорости передачи, определяемые стандартами V. I 7, V. 29 и V. 33. Радикальное отличие факсаппаратов группы 3 от более ранних заключается в полностью цифровом методе передачи со скоростями до 14400 бит/с. В результате, применяя сжатие данных, факс группы 3 передает страницу за 30-60 с. При ухудшении качества связи факсы группы 3 переходят в аварийный режим, замедляя скорость передачи. Согласно стандарту группы 3 возможны две степени разрешения: стандартное, обеспечивающее 1728 точек по горизонтали и 100 точек/дюйм по вертикали; и высокое, удваивающее количество точек по вертикали, что дает разрешение 200х200 точек/дюйм и вдвое уменьшает скорость.

Факсимильные аппараты первых трех групп ориентированы на использование аналоговых телефонных каналов КТСОП. В 1984 году ITU-T принял стандарт группы 4, который предусматривает разрешение до 400х400 точек/дюйм и повышение скорости при более низком разрешении. Факсы группы 4 дают разрешение очень высокого качества. Однако, они нуждаются в высокоскоростных каналах связи, которые могут предоставить сети ISDN, и не могут работать через каналы КТСОП.

Практически все продаваемые в настоящее время факсы основаны на стандарте группы 3. Рис. 1. 8 иллюстрирует работу именно таких факсов.

1. 5. Управление потоком

1. 5. 1. Необходимость управления потоком

В любой системе либо сети передачи данных возникают ситуации, когда поступающая в сеть нагрузка превышает возможности по ее обслуживанию. В этом случае, если не предпринимать никаких мер по ограничению поступающих данных (графика), размеры очередей на линиях сети будут неограниченно расти и в конце концов превысят размеры буферов соответствующих средств связи. Когда это происходит, единицы данных (сообщения, пакеты, кадры, блоки, байты, символы), поступающие в узлы, для которых нет свободного места в буфере, будут сброшены и позднее переданы повторно. В результате возникает эффект, когда при увеличении поступающей нагрузки реальная пропускная способность уменьшается, а задержки передачи становятся чрезвычайно большими.

Средством борьбы с такими ситуациями выступают методы управления потоком, суть которых заключается в ограничении поступающего трафика для предотвращения перегрузок.

Схема управления потоком может понадобиться на участке передачи между двумя пользователями (транспортный уровень), между двумя узлами сети (сетевой уровень), между двумя соседними DCE, обменивающимися данными по логическому каналу (канальный уровень), а также между терминальным оборудованием и аппаратурой канала данных, взаимодействующих по одному из интерфейсов DTE-DCE (физический уровень).

Схемы управления потоком транспортного уровня реализованы в протоколах передачи файлов, таких как ZModem; схемы управления потоком сетевого уровня - в составе протоколов Х. 25 и TCP/IP; схемы управления потоком канального уровня - в составе протоколов повышения достоверности, таких как MNP4, V. 42; управление потоком на физическом уровне реализуется в рамках набора функций соответствующих интерфейсов, таких как RS-232. Перечисленные три уровня схем управления имеют непосредственное отношение к аппаратному и программному обеспечению модемов и их конкретные реализации будут рассмотрены в соответствующих разделах книги.

1. 5. 2. Метод окна

Рассмотрим часто используемый протоколами канального, сетевого и транспортного уровней класс методов управления потоком, названный оконным управлением потоком. Под окном понимается наибольшее число информационных единиц, которые могут оставаться неподтвержденными в данном направлении передачи.

В процессе передачи между передатчиком и приемником используется оконное управление, если установлена верхняя граница на число единиц данных, которые уже переданы передатчиком, но на которые еще не получено подтверждение от приемника. Верхняя граница в виде целого положительного числа и является окном или размером окна. Приемник уведомляет передатчик о том, что к нему попала единица данных путем отправления специального сообщения к приемнику (рис. 1. 9). Такое сообщение называется подтверждением, разрешением или квитанцией. Подтверждение может быть положительным - АСК (ACKnowledgement), сигнализирующим об успешном приеме соответствующей информационной единицы, и отрицательным - NAK (Negative AcKnowledgement), свидетельствующим о неприеме ожидаемой порции данных. После получения квитанции передатчик может передать еще одну единицу данных приемнику. Число квитанций, находящихся в использовании, не должно превышать размер окна.

Рис. 1. 9. Оконное управление потоком

Квитанции либо содержатся в специальных управляющих пакетах, либо добавляются в обычные информационные пакеты. Управление потоком используется при передаче по одному виртуальному каналу, группе виртуальных каналов, управлению может подвергаться весь поток пакетов, возникающих в одном окне и адресованных другому узлу. Передатчиком и приемником могут быть два узла сети или терминал пользователя и входной узел сети связи. Единицами данных в окне могут быть сообщения, пакеты, кадры или символы.

Выделяют две стратегии: оконное управление от конца в конец и поузловое управление. Первая стратегия относится к управлению потоком между входным и выходными узлами сети для некоторого процесса передачи и часто реализуется в составе протоколов передачи файлов. Вторая стратегия относится к управлению потоком между каждой парой последовательных узлов и реализуется в составе протоколов канального уровня, таких как SDLC, HDLC, LAPB, LAPD, LAPM и других.

1. 6. Классификация модемов

Строгой классификации модемов не существует и, вероятно, не может существовать по причине большого разнообразия как самих модемов, так и сфер применения и режимов их работы. Тем не менее можно выделить ряд признаков, по которым и провести условную классификацию. К таким признакам или критериям классификации можно отнести следующие: область применения;

функциональное назначение; тип используемого канала; конструктивное исполнение; поддержка протоколов модуляции, исправления ошибок и сжатия данных. Можно выделить еще множество более детальных технических признаков, таких как применяемый способ модуляции, интерфейс сопряжения с DTE и так далее.

1. 6. 1. По области применения

Современные модемы можно разделить на несколько групп:

> для коммутируемых телефонных каналов;

> для выделенных (арендуемых) телефонных каналов;

> для физических соединительных линий:

Модемы низкого уровня (линейные драйверы) или модемы на короткие расстояния (short range modems)",

- модемы основной полосы (. baseband modems);

> для цифровых систем передачи (CSU/DSU);

> для сотовых систем связи;

> для пакетных радиосетей;

> для локальных радиосетей.

Подавляющее большинство выпускаемых модемов предназначено для использования на коммутируемых телефонных каналах. Такие модемы должны уметь работать с автоматическими телефонными станциями (АТС), различать их сигналы и передавать свои сигналы набора номера.

Основное отличие модемов для физических линий от других типов модемов состоит в том, что полоса пропускания физических линий не ограничена значением 3, 1 кГц, характерным для телефонных каналов. Однако полоса пропускания физической линии также является ограниченной и зависит в основном от типа физической среды (экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный кабель и др.) и ее длины.

С точки зрения используемых для передачи сигналов модемы для физических линий могут быть разделены на модемы низкого уровня (линейные драйверы), использующие цифровые сигналы, и модемы с "основной полосы" (baseband), в которых применяются методы модуляции, аналогичные применяемым в модемах для телефонных каналов.

В модемах первой группы обычно используются цифровые методы биим-пульсной передачи, позволяющие формировать импульсные сигналы без постоянной составляющей и часто занимающие более узкую полосу частот, чем исходная цифровая последовательность.

В модемах второй группы часто используются различные виды квадратурной амплитудной модуляции, позволяющие радикально сократить требуемую для передачи полосу частот. В результате на одинаковых физических линиях такими модемами может достигаться скорость передачи до 100 Кбит/с, в то время как модемы низкого уровня обеспечивают только 19, 2 Кбит/с.

Модемы для цифровых систем передачи напоминают модемы низкого уровня. Однако в отличие от них обеспечивают подключение к стандартным цифровым каналам, таким как Е1/Т1 или ISDN, и поддерживают функции соответствующих канальных интерфейсов.

Модемы для сотовых систем связи отличаются компактностью исполнения и поддержкой специальных протоколов модуляции и исправления ошибок, позволяющих эффективно передавать данные в условиях сотовых каналов с высоким уровнем помех и постоянно изменяющимися параметрами. Среди таких протоколов выделяются ZyCELL, ETC и MNP10.

Пакетные радиомодемы предназначены для передачи данных по радиоканалу между мобильными пользователями. При этом несколько радиомодемов используют один и тот же радиоканал в режиме множественного доступа, например, множественного доступа с контролем несущей, в соответствии с ITU-T АХ. 25. Радиоканал по своим характеристикам близок к телефонному и организуется с использованием типовых радиостанций, настроенных на одну и ту же частоту в УКВ либо KB диапазоне. Пакетный радиомодем реализует методы модуляции и множественного доступа.

Локальные радиосети являются быстроразвивающейся перспективной сетевой технологией дополняющей обыкновенные локальные сети. Ключевым их элементом являются специализированные радиомодемы (адаптеры локальных радиосетей). В отличие от ранее упомянутых пакетных радиомодемов такие модемы обеспечивают передачу данных на небольшие расстояния (до 300 м) с высокой скоростью (2-10 Мбит/с), сопоставимой со скоростью передачи в проводных локальных сетях. Кроме того, радиомодемы локальных радиосетей работают в определенном диапазоне частот с применением сигналов сложной формы, таких как сигналы с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

1. 6. 2. По методу передачи

По методу передачи модемы делятся на асинхронные и синхронные. Говоря о синхронном либо асинхронном методе передачи обычно подразумевают передачу по каналу связи между модемами. Однако передача по интерфейсу DTE-DCE также может быть синхронной и асинхронной. Модем может работать с компьютером в асинхронном режиме и одновременно с удаленным модемом - в синхронном режиме или наоборот. В таком случае иногда говорят, что модем синхронно-асинхронный или он работает в синхронно-асинхронном режиме.

Как правило, синхронизация реализуется одним из двух способов, связанных с тем, как работают тактовые генераторы отправителя и получателя:

независимо друг от друга (асинхронно) или согласованно (синхронно). Если передаваемые данные составлены из последовательности отдельных символов, то, как правило, каждый символ передается независимо от остальных и получатель синхронизируется вначале каждого получаемого символа. Для такого типа связи обычно используется асинхронная передача. Если передаваемые данные образуют непрерывную последовательность символов или байтов, то тактовые генераторы отправителя и получателя должны быть синхронизированы в течение длительного промежутка времени. В этом случае используется синхронная передача.

Асинхронный режим передачи используется главным образом тогда, когда передаваемые данные генерируются в случайные моменты времени, например пользователем. При такой передаче получающее устройство должно восстанавливать синхронизацию в начале каждого получаемого символа. Для этого каждый передаваемый символ обрамляется дополнительным стартовым и одним или более стоповыми битами. Такой асинхронный режим часто применяется при передаче данных по интерфейсу DTE-DCE. При передаче данных по каналу связи возможности применения асинхронного режима передачи во многом ограничены его низкой эффективностью и необходимостью использования при этом простых методов модуляции, таких как амплитудная и частотная. Более совершенные методы модуляции, такие как ОФМ, КАМ и др., требуют поддержания постоянного синхронизма опорных тактовых генераторов отправителя и получателя.

При синхронном методе передачи осуществляют объединение большого числа символов или байт в отдельные блоки или кадры. Весь кадр передается как одна цепочка битов без каких-либо задержек между восьмибитными элементами. Чтобы принимающее устройство могло обеспечить различные уровни синхронизации, должны выполняться следующие требования.

> Передаваемая последовательность битов не должна содержать длинных последовательностей нулей или единиц для того, что бы принимающее устройство могло устойчиво выделять тактовую частоту синхронизации.

> Каждый кадр должен иметь зарезервированные последовательности битов или символов, отмечающие его начало и конец.

Существует два альтернативных метода организации синхронной связи: символьно- или байт-ориентированный, и бит-ориентированный. Различие между ними заключается в том, как определяются начало и конец кадра. При бит-ориентированном методе получатель может определить окончание кадра с точностью до отдельного бита, а байта (символа).

Кроме высокоскоростной передачи данных собственно по физическим каналам синхронный режим часто применяется и для передачи по интерфейсу DTE - DCE. В этом случае для синхронизации используются дополнительные интерфейсные цепи, по которым передается сигнал тактовой частоты от отправителя к получателю.

1. 6. 3. По интеллектуальным возможностям

По интеллектуальным возможностям можно выделить модемы:

без системы управления;

> поддерживающие набор АТ-команд;

> с поддержкой команд V. 25bis;

> с фирменной системой команд;

> поддерживающие протоколы сетевого управления.

Большинство современных модемов наделено широким спектром интеллектуальных возможностей. Стандартом де-факто стало множество АТ-команд, разработанных в свое время фирмой Hayes и позволяющее пользователю или прикладному процессу полностью управлять характеристиками модема и параметрами связи. По этой причине модемы, поддерживающие АТ-команды носят название Hayes-совместимых модемов. Следует заметить, что АТ-команды поддерживают не только модемы для КТСОП, но и пакетные радиомодемы, внешние адаптеры ISDN и ряд других модемов с более узкими сферами применения.

Наиболее распространенным набором команд, позволяющим управлять режимами установления соединения и автовызова являются команды рекомендации ITU-T V. 25bis.

Специализированные модемы для промышленного применения часто имеют фирменную систему команд, отличную от набора АТ-команд. Причиной тому является большое различие в режимах работы и выполняемых функциях между модемами широкого применения и промышленными (сетевыми) модемами.

Промышленные модемы часто поддерживают протокол сетевого управления SMNP (Simple Manager Network Protocol), позволяющий администратору управлять элементами сети (включая модемы) с удаленного терминала.

1. 6. 4. По конструкции

По конструкции различают модемы:

> внешние;

> внутренние;

> портативные;

> групповые.

Внешние модемы Представляют собой автономные устройства, подключаемые к компьютеру или другому DTE посредством одного из стандартных интерфейсов DTE-DCE. Внутренний модем - это плата расширения, вставляемая в соответствующий слот компьютера. Каждый из вариантов конструктивного исполнения имеет свои преимущества и недостатки, которые будут расмотрены далее.

Портативные модемы предназначены для использования мобильными пользователями совместно с компьютерами класса Notebook. Они отличаются малыми габаритами и высокой ценой. Их функциональные возможности, как правило, не уступают возможностям полнофункциональных модемов. Часто портативные модемы оснащены интерфейсом PCMCIA.

Групповыми модемами называют совокупность отдельных модемов, объединенных в общий блок и имеющих общие блок питания, устройства управления и отображения. Отдельный модем группового модема представляет собой плату с разъемом, устанавливаемую в блок, и рассчитан на один или небольшое число каналов.

1. 6. 5. По поддержке международных и фирменных протоколов

Модемы также можно классифицировать в соответствии с реализованными в них протоколами. Все протоколы, регламентирующие те или иные аспекты функционирования модемов, могут быть отнесены к двум большим группам:

международные и фирменные.

Протоколы международного уровня разрабатываются под эгидой ITU-T и принимаются им в качестве рекомендаций (ранее ITU-T назывался Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии - МККТТ, международная абревиатура - CCITT). Все рекомендации ITU-T относительно модемов относятся к серии V. Фирменные протоколы разрабатываются отдельными компаниями - производителями модемов, с целью преуспеть в конкурентной борьбе. Часто фирменные протоколы становятся стандартными протоколами де-факто и принимаются частично либо полностью в качестве рекомендаций ITU-T, как это случилось с рядом протоколов фирмы Microcom. Наиболее активно разработкой новых протоколов и стандартов занимаются такие известные фирмы, как AT&T, Motorolla, U. S. Robotics, ZyXEL и другие.

С функциональной точки зрения модемные протоколы могут буть разделены на следующие группы:

> Протоколы, определяющие нормы взаимодействия модема с каналом связи (V. 2, V. 25):

> Протоколы, регламентирующие соединение и алгоритмы взаимодействия модема и DTE (V. 10, V. 11, V. 24, V. 25, V. 25bis, V. 28);

> Протоколы модуляции, определяющие основные характеристики модемов, предназначенных для коммутируемых и выделенных телефонных каналов. К ним относятся такие протоколы, как V. 17, V. 22, V. 32, V. 34, HST, ZyX и большое количество других;

> Протоколы защиты от ошибок (V. 41, V. 42, MNP1-MNP4);

> Протоколы сжатия передаваемых данных, такие как MNP5, MNP7, V. 42bis;

Рис. 1. 10. Классификация модемных протоколов

> Протоколы, определяющие процедуры диагностики модемов, испытания и измерения параметров каналов связи (V. 51, V. 52, V. 53, V. 54, V. 56).

> Протоколы согласования параметров связи на этапе ее установления (Handshaking), например V. 8.

Приставки "bis" и "ter" в названиях протоколов обозначают, соответственно, вторую и третью модификацию существующих протоколов или протокол, связанный с исходным протоколом. При этом исходный протокол, как правило, остается поддерживаемым.

Некоторую ясность среди многообразия модемных протоколов может внести их условная классификация, приведенная на рис. 1. 10. ГЛАВА 8 ПРОТОКОЛЫ СЖАТИЯ ДАННЫХ

ГЛАВА 9 ПРОТОКОЛЫ ПЕРЕДАЧИ ФАЙЛОВ ГЛАВА 10 ПАКЕТНЫЕ РАДИОМОДЕМЫ ГЛАВА 11 МОДЕМЫ В СОТОВЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ ГЛАВА 12 РАБОТА С МОДЕМАМИ ГЛАВА 13 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОДЕМОВ ГЛАВА 14 ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МОДЕМОВ Предисловие предисловие и главы книги ЗАКЛЮЧЕНИЕ введение ГЛОССАРИЙ

В наши дни каждый человек пользуется теми или иными услугами электросвязи: слушает радио, смотрит телевизионные передачи, разговаривает по телефону, отправляет и получает телеграммы и т.д. В любом случае услуга электросвязи заключается в передаче сооб­щения на расстояние. Отправителями (источниками) и получателями (потребителями) сообщений являются люди или устройства, обслу­живаемые людьми, например ЭВМ. Для передачи каждого сообще­ния необходимы средства электросвязи, или совокупность опреде­ленных технических устройств, образующих систему электросвязи.

Систем электросвязи, а следовательно, и технических средств, тре­буется очень много, поскольку речь идет о возможности предостав­ления услуг электросвязи всем желающим. Например, каждый радиослушатель пользуется «своей» системой электросвязи, состо­ящей из многих различных устройств формирования, усиления, передачи и воспроизведения сигналов. Количество подобных сис­тем равно числу индивидуальных радиоприемников. Передаваемое звуковое сообщение предназначено одновременно большому числу слушателей, поэтому передающая часть таких систем будет для них общей. Аналогичная ситуация имеет место в телевидении, где коли­чество «индивидуальных» систем электросвязи для передачи и при­ема телевизионных программ определяется числом телевизионных приемников. Для каждого телефонного разговора также необходи­ма система электросвязи, обеспечивающая передачу и прием рече­вых сообщений.

Очевидно, что таких систем может быть большое множество, они могут быть различны по номенклатуре применяемых устройств и тех­нологий, виду передаваемых сигналов, скорости передачи, объему предоставляемых услуг, но все они характеризуются наличием кана­лов электросвязи.

Создание системы для любого вида электросвязи предполагает организацию канала электросвязи между пунктами передачи и при­ема сообщения. Совокупность этих каналов образует сеть электро­связи, где функции подключения определенных абонентских уст­ройств выполняет специальная аппаратура коммутации, позволяю­щая образовать тракт для передачи электрических сигналов.

Таким образом, сеть электросвязи представляет собой совокуп­ность оконечных устройств, коммутационных центров и связываю­щих их линий и каналов связи.

В сеть электросвязи входят:

– пользователи (абоненты, клиенты) являющиеся источниками и потребителями информации. Они создают и воспринимают пото­ки сообщений и, как правило, определяют требования по доставке и обработке информации, выбору вида связи (телефонной, телеграф­ной, вещания и т.д.) и получению различных услуг (видов обслужи­вания) с соблюдением определенного качества;

– пункты связи:

а) абонентские пункты (АП), содержащие аппаратуру ввода и выво­да информации в сеть электросвязи (а иногда хранения и обработки). Они находятся в постоянном пользовании определенных абонентов;

б) пункты информационного обслуживания (ПИО) – справочные службы, различные вычис­лительные центры (ВЦ), банки данных, биб­лиотеки и другие пункты коллективного пользования, обеспечиваю­щие сбор, обработку, хранение и выдачу информации и предостав­ление пользователям других услуг, связанных с информационным обеспечением;

– каналы связи, объединенные в линии связи, которые обеспечи­вают передачу сообщений между отдельными пунктами сети;

– сетевые станции, обеспечивающие образование и предостав­ление вторичным сетям типовых физических цепей, типовых кана­лов передачи и сетевых трактов, а также их транзит;

а) сетевые узлы (СУ), обеспечивающие образование и перерасп­ределение сетевых трактов, типовых каналов передачи и типовых физических цепей, а также предоставление их вторичным сетям и потребителям;

б) коммутационные узлы (КУ) для распределения (переключения) каналов, пакетов или сообщений;

– система управления, обеспечивающая нормальное функциони­рование и развитие сети электросвязи и взаимоотношения с пользо­вателями.

С точки зрения системного анализа сеть электросвязи можно представить тремя уровнями (рис. 1.1):

– первый – внешний уровень, включающий абонентов (клиентов), АП и ПИО, в пределах которого проходит формирование сообщений для передачи в сети электросвязи;

– второй – собственно сеть электросвязи, включающая линии связи (ЛС), каналы связи (КС), станции связи (СтС) и узлы связи (УзС), обеспечивающие передачу, распределение и коммутацию сообще­ний между АП (ПИО) абонентов и корреспондентов;

– третий – элементы управления сетью, включающие устройства управления (УУ) узлов, центры управления (ЦУ) и всю администрацию.

Рис. 1.1. Гипотетическая трехуровневая структура сети связи

Рассмотрим более подробно элементы сети и их свойства. Пользователи распределены по территории в соответствии с распо­ложением хозяйственных, промышленных и других производствен­ных объектов, объектов культуры и жилого фонда. Плотность пользо­вателей (их число на 1 км2 площади) меняется в значительных пре­делах и является наибольшей в крупных городах.

Экономические, культурные, личные и другие связи между отдель­ными пользователями и их коллективами, предприятиями и районами страны определяют потребность в передаче сообщений между око­нечными или абонентскими пунктами, обслуживающими соответству­ющих пользователей, а также между узлами, объединяющими абонент­ские пункты (АП) какого-либо населенного пункта или района (региона).

Потребность в передаче сообщений может быть оценена потоками сообщений в единицу времени и выражена в битах, числе знаков (букв, цифр), телеграмм, страниц и других показателях, характеризующих объем сообщения. На практике удобнее бывает определять потреб­ность в передаче сообщения временем передачи, временем занятия типового канала (в часо-занятиях) или необходимым числом каналов.

Исходя из местоположения пользователей и создаваемых ими нагрузок, определяются местоположения оконечных пунктов, кото­рые могут содержать аппаратуру ввода и вывода информации (теле­фонные или телеграфные аппараты, радиоприемники, телевизоры, дисплеи, датчики и т.д.). Эти пункты также могут включать в себя раз­личные устройства для хранения и обработки информации, комму­тационные устройства, если к ОП подключено несколько каналов, а также каналообразующую аппаратуру. Оконечный пункт характери­зуется типом аппаратуры ввода и вывода (видом связи, телефон, телеграф и т.д.), наличием обслуживающего персонала и дополнительного оборудования, пропускной способностью, временем дей­ствия, стоимостью и областью обслуживания (индивидуальный або­нент, квартира, предприятие, город и т.д.). Оконечный пункт, обслу­живающий одного абонента, называют абонентским пунктом.

Пункты информационного обслуживания подразделяются по их назначению (справочная телефонов, бюро заказов билетов, инфор­мационный пункт по какой-либо отрасли, вычислительный центр (ВЦ), обрабатывающий экономическую информацию, и т.д.). В зависимо­сти от объемов передаваемой информации ПИО может иметь один или несколько каналов, соединяющих его с сетью электросвязи, а также у него могут быть абоненты или выносные ОП, соединенные с ним прямыми каналами. В сети ПИО могут рассматриваться как ис­точники информации (ИИ) и потребители информации (ПИ), а также как элементы сети, поскольку создаваемые ими потоки сообщений циркулируют только по сети.

Распределение информации (сообщений) осуществляется двумя способами: на сетевых узлах кроссированием (долговременным со­единением) отдельных каналов или линейных трактов для образова­ния прямых каналов между несмежными пунктами, а на коммутаци­онных узлах – в соответствии с адресом каждого сообщения.

Линии связи (кабельные, радиорелейные, радио-, спутниковые и т.д.), по которым передаются сообщения, характеризуются емко­стью V (числом каналов ТЧ), или суммарной пропускной способнос­тью всех каналов. Разделение каналов в линии может осуществлять­ся по пространству, частоте или времени. Основной особенностью линий связи является то, что увеличение их пропускной способности (емкости) приводит к снижению затрат на один канал связи обратно пропорционально корню квадратному от емкости. При укрупнении пучков каналов выигрыш получается не только за счет снижения зат­рат на каналы, но и вследствие того, что при объединении нагрузок повышается степень использования каналов и станционного обору­дования.

Совокупность пучков, узлов и соединяющих их линий (каналов) образует структуру (конфигурацию) сети, определяющую возмож­ность осуществления связи между отдельными пунктами и возмож­ные пути передачи сообщений. Для увеличения надежности сети она строится так, чтобы между отдельными узлами было несколько (обычно 2 или 3) независимых путей.

Система управления сетью обеспечивает поддержание в рабочем (исправном) состоянии технических средств, доставку сообщений по адресу, распределение каналов между вторичными сетями (потре­бителями), распределение потоков сообщений, планирование и развитие сети, строительство, материально-техническое обеспечение, подготовку кадров, регулирование отно­шений с пользователями.

В настоящее время в эксплуатации находится большое количе­ство сетей связи, различающихся по нескольким признакам, одни из которых определяют место этих сетей в системе связи, другие – принципы их построения и характер функционирования, третьи – эконо­мический или иного рода эффект, получаемый от их применения. Чем больше классификационных признаков используется при описании конкретной сети связи, тем полнее эта сеть может быть охарактери­зована.

В литературе сети связи классифицируются по назначению, характеру образования и выделения каналов, типам коммутации, по оборудованию и условиям размещения, степени автоматизации. Рассмотрим более подробно классификационные признаки сетей связи (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Классификация сетей связи

По назначению сети связи делятся на две большие группы: сети связи общего пользования и сети связи ограниченного пользования.

Сеть связи общего пользования создается для обеспечения услугамисвязи населения, различных учреждений, предприятий и организаций.

При построении сетей связи ограниченного пользования реали­зуются специфические требования, обусловленные характером деятельности того или иного ведомства, в интересах которого создается данная сеть, а также предусматривается возможность выхода абонентов в сеть общего пользования. К таким сетям относятся сети внутренней связи и сети дальней связи.

Сеть внутренней связи развертывается на пункте управления (ПУ) и обеспечивает обмен сообщениями между абонентами данного пункта управления. Основными элементами данной сети являются коммутационные центры внутренней связи (КЦВС), связывающие их соединительные линии (СЛ), абонентские оконечные устройства и абонентские линии (рис. 1.3, а).

Рис. 1.3. Варианты структур сети связи. 1 – коммутационные центры внутренней связи, 2 – соединительные линии, 3 – абонентские оконечные устройства, 4 – абонентские линии, 5 – коммутационный центр дальней связи, 6 – канал дальней связи, 7 – линии привязки, 8 – транзитный коммутационный центр

Сеть дальней связи относится к одной системе связи, развертывается на территории функционирования данной системы и обеспе­чивает обмен сообщениями между абонентами различных пунктов управления (рис. 1.3, б).

Коммутационные центры дальней связи (КЦДС), расположенные на различных ПУ, связываются каналами дальней связи, а размещен­ные на одном ПУ – соединительными линиями. Совокупность КЦДС, размещенных на одном ПУ, и связывающих их СЛ, называется под­сетью дальней связи (ПДС). На сети дальней связи (ДС) широко применяются транзитные КЦ (ТКЦ) без абонентской емкости. Их местонахождение, как правило, не связано с расположением ПУ. Совокупность таких ТКЦ и связывающих их линий (каналов) связи образует опорную сеть связи (ОСС). ОСС часто разбивается на участки, называемые зонами опорной сети связи. Коммутацион­ные цен­тры дальней связи, расположенные на пунктах управления, связыва­ются с транзитными коммутационными центрами опорной сети одной или несколькими линиями привязки.

Совокупность оконечных устройств (ОУ) и абонентских линий (АЛ), включенных в один КЦ внутренней или дальней связи, образует або­нентскую сеть данного КЦ, совокупность ОУ и АЛ на ПУ образует абонентскую сеть данного ПУ.

По характеру образований и выделения каналов связи сети связи подразделяются на первичные и вторичные.

Первичная сеть – совокупность типовых физических цепей, типо­вых каналов передачи и сетевых трактов, образованная на базе се­тевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи. При этом под типовой физичес­кой цепью и типовым каналом понимается физическая цепь и канал передачи, параметры которых соответствуют принятым нормам.

Сетевой тракт – типовой групповой тракт или несколько последо­вательно соединенных типовых групповых трактов с включенной на входе и выходе аппаратурой образования тракта.

Вторичная сеть связи – совокупность линий и каналов связи, об­разованных на базе первичной сети, станций и узлов коммутации или станций и узлов переключений, обеспечивающих определенный вид связи.

Главной задачей первичной сети является образование типовых каналов и групповых трактов связи, задача вторичной сети – достав­ка сообщений определенного вида от источника к потребителю.

Способ построения сети определяется принятой системой ком­мутации – долговременной, оперативной или их сочетанием.

По типам коммутации сети подразделяются на коммутируемые, частично коммутируемые и некоммутируемые.

Для коммутируемых и частично коммутируемых сетей связи характерно использование различных вариантов коммутации.

Долговременной называется коммутация, при которой между двумя точками сети устанавливается постоянное соединение.

Оперативной называется коммутация, при которой между двумя точками сети организуется временное соединение.

Сочетание оперативной и долговременной коммутации предполагает то, что на одних участках информационного направления сети связи может применяться долговременная коммутация, а на других оперативная.

Коммутируемая сеть связи – это вторичная сеть, обеспечивающая соединение по запросу абонента или в соответствии с заданной программой через канал электросвязи оконечных устройств вторичной сети при помощи коммутационных станций и узлов коммутации на время передачи сообщений. Каналы передачи в коммутируемых сетях являются каналами общего пользования. На частично коммутируемых сетях связи предусматривается использование всех систем долговременной и оперативной коммутации. Реально существующие и проектируемые на ближайшую перс­пективу сети связи относятся к классу частично коммутируемых.

К некоммутируемым сетям связи относятся вторичные сети, обес­печивающие долговременные (постоянные и временные) соедине­ния оконечных устройств (терминалов) через канал электросвязи с помощью станций и узлов переключений. К некоммутируемым сетям можно отнести опорную сеть связи.

По оборудованию и условиям размещения сети связи подразде­ляются на мобильные и стационарные. Под мобильными понимают­ся сети связи, элементы которых (КЦ, линейные средства связи) раз­мещаются на транспортной базе и могут перемещаться. Одним из распространенных типов мобильных сетей является полевая сеть связи военного назначения. Стационарные сети связи создают на базе узлов связи, размещенных в стационарных сооружениях. В со­став стационарных сетей при необходимости могут включаться под­вижные элементы, например, при замене на короткое время вышед­ших из строя стационарных элементов, временном расположении абонентов на подвижных объектах, необходимости временного усиления определенных элементов сети.

По степени автоматизации сети связи делятся на неавтоматизирован­ные, автоматизиро­ванные и автоматические. На неавтоматизированных сетях связи все или подавляющее большинство основных операций вы­полняется человеком. Автоматизированными называются сети, в которых подавляющее число функций по выполнению определенного объема операций осуществляется техническим устройством.

Такие сети оце­ниваются по степени автоматизации, которая определяется коэффи­циентом Ка ,равным отношению объема операций, выполняемых тех­ническими устройствами, к общему объему выполняемых операций:

где ns – общий объем операций, выполняемых за определенное вре­мя, n а – количество операций, выполняемых автоматами. Возможно определение подобного коэффициента по времени:

где ta – суммарное время выполнения операций техническими уст­ройствами в течение определен­ного периода, a ts – суммарное вре­мя выполнения всех операций.

Также может использоваться показатель эффекта введения автоматов:

где t н – суммарное время выполнения операций за определенный период на неавтоматизированной сети соответственно.

Автоматические сети предусматривают выполнение всех функций по передаче и коммутации сообщений автоматами.

В настоящее время на сетях общего пользования из-за того, что 60% оборудования КЦ не отвечает требованиям ЕСЭ России, применяются смешанные сети связи.

По обслуживаемой территории сети связи разделяют на междугородные, международные, местные (сельские, городские), внутрипроизводственные.

Междугородная сеть связи – сеть связи, обеспечивающая связь между абонентами, находя­щимися на территории разных субъектов РФ или разных административных районов одного субъекта РФ (кроме районов в составе города).

Международная сеть связи – совокупность международных станций и соединяющих их каналов, обеспечивающая международной связью абонентов различных национальных сетей.

Местная сеть связи – сеть электросвязи, образуемая в пределах административной или определенной по иному принципу территории, не относящаяся к региональным сетям связи; местные сети подразделяются на сельские и городские.

Сельская сеть связи – сеть связи, обеспечивающая телефонную связь на территории сельских административных районов.

Городская сеть связи – сеть, которая обслуживает потребности большого города. Функция городской сети – работа в качестве базовой магистрали для связи локальных сетей всего города.

Внутрипроизводственные сети – сети связи предприятий, учреждений и организаций, создаваемые для управления внутрипроизводственной деятельностью, которые не имеют выхода на сеть связи общего пользования.

Разделение сетей связи по охвату территории. В зависимости от обслуживаемой территории сети бывают локальными, корпоративными, сельскими, городскими, местными, внутриобластными, междугородными (магистральными для первичной сети), национальными, международными, глобальными (территориальными).

Локальная сеть связи – сеть связи, расположенная в пределах некоторой территории (предприятие, фирма и т.д.).

Корпоративная сеть связи – сеть связи, объединяющая сети от­дельных предприятий (фирм, организаций, акционерных обществ и т.п.) в масштабе как одного, так и нескольких государств.

Внутриобластная, или зоновая сеть связи, – междугородная сеть электросвязи в пределах территории одного или нескольких субъек­тов Федерации.

Магистральная сеть связи – междугородная сеть электросвязи между центром Российской Федерации и центрами субъектов Фе­дерации, а также между центрами субъектов Федерации.

Национальная сеть связи – сеть связи данной страны, обеспечи­вающая связь между абонентами внутри этой страны и выход на меж­дународную сеть.

Глобальная (территориальная) сеть связи объединяет сети, рас­положенные в разных географических областях земного шара. Одним из примеров такой сети может быть Internet .

Разделение сетей по роду связи (используемой аппаратуре). По роду связи (используемой аппаратуре) сети связи могут быть под­разделены на проводные (кабельные, воздушные, волоконно-опти­ческие) и радиосети (радиорелейные, тропосферные, спутниковые, метеорные, ионосферные и т.д.).

Разделение сетей по виду связи. В зависимости от вида связи сети связи подразделяют на телефонные, видеотелефонные, телеграф­ные, факсимильные, передачи данных, сети звукового и телевизи­онного вещания.

Разделение сетей по виду передаваемой информации. По виду передаваемой информации различают цифровые, аналоговые и сме­шанные сети связи. Существование смешанных сетей характерно при переходе от аналоговых сетей связи к цифровым.

Разделение сетей по степени защищенности. По этомупризнаку сети связи делятся на защищенные (сети зашифрованной телефон­ной, зашифрованной телеграфной связи и т.д.) и незащищенные. В свою очередь в защищенных сетях может использоваться аппара­тура гарантированной и временной стойкости.

1.1 Состав и структура общегосударственной системы связи.

1 .2 Архитектура ЕСЭ. Статус сетей, служб, систем электросвязи.

1.3 Классификация служб, пользователей и услуг.

1.4 Номенклатура и виды предоставляемых услуг.

1.5 Основные тенденции развития сетей электросвязи.

1.6 Этапы развития ЕСЭ России.

1.7 Общие требования к сетям электросвязи.

Раздел 1 посвящен концептуально – целевым основам построения, развития

и общим огранизационно – техническим положениям Единой сети электросвязи

Российской Федерации. В данном разделе с системных позиций рассмотрено назначение, состав и структура Общегосударственной системы связи РФ. Особое внимание уделено архитектуре Единой сети электросвязи (ЕСЭ), принципам ее построения, категориям сетей, входящим в состав ЕСЭ. Рассмотрено назначение первичной сети, вторичных сетей, систем электросвязи и служб электросвязи. Приведены классификация пользователей сети, услуг и служб электросвязи. Значительное внимание уделено номенклатуре услуг электросвязи, предостав-ляемых населению страны, в настоящее время и недалеком будущем. Указаны основные тенденции развития электросвязи в мире, что в значительной степени определяет процесс развития ЕСЭ. Важное место в разделе занимает рассмотрение

этапов развития ЕСЭ, определяющие техническую политику, проводимую Министерством информационных технологий и связи РФ. Значительное внимание

уделяется требованиям, предъявляемым к сетям связи, которые определяют политику разработки средств связи, проектирования и эксплуатации сетей электросвязи. Для контроля уровня усвоения изучаемого материала приводятся

контрольные вопросы. Для повышения уровня знаний и оперативного получения

справочной информации приведен список литературы и глоссарий.

1.1 Состав и структура общегосударственной системы связи

Существование современного общества немыслимо без обмена информацией. Информация, понимаемая в широком смысле этого слова как отраженное разнообразие окружающего мира, выполняет в обществе следующие основные функции: коммуникативную , или функцию общения людей; познавательную, целью которой является получение новой информации; управленческую, целью которой является формирование целесообразного поведения управляемой системы. Для интенсификации информационных процессов при общении людей в первой половине прошлого века началось развитие средств электрической связи, обеспечивающих ускорение в первую очередь таких форм движения информации, как передача и распределение. За полтора столетия средства связи много раз изменялись, появлялись новые виды электрической связи, однако основная их функция в обществе – интенсификация коммуникатив-ных процессов – сохранилась. Потребности в интенсификации информаци-онных процессов, связанных с управленческой и познавательной деятель-ностью людей, привели к созданию вычислительной техники. Средства вычислительной техники позволили ускорить такие формы движения информации, как обработка, поиск, хранение, восприятие, отображение, распределение и др. Органическое объединение, интеграция средств элек-тросвязи и вычислительной техники позволили обеспечить согласованное ускорение всех форм движения информации, интенсификацию всех инфор-мационных процессов в обществе. Целесообразная информационная деятельность людей, информация и сред-ства информационной деятельности являются основными компонентами информационной системы общества. Если целью информационной деятель-ности является общение с помощью средств связи, то создаваемая для этой цели информационная система называется системой связи . В соответствии системным подходом при создании любой системы объеди-нение компонентов в систему, их взаимодействия, связи и отношения дол-жны быть направлены на достижение общей цели. В частности, в рамках системы связи должны быть согласованы принципы взаимодействия средств связи, указаны их параметры, установлены порядок пользования этими средствами, определены методы эксплуатации, пропорции и перспективы их развития, согласованы цели назначения всех элементов и подсистем с общей целью функционирования системы.

В нашей стране для наиболее полного удовлетворения потребностей населе-ния, органов государственной власти и управления, обороны и безопасности правопорядка, а также хозяйствующих объектов в услугах электрической и почтовой связи создается и действует система связи Российской Федера-ции (СС РФ). Система связи РФ (Связь РФ) объединяет все системы связи страны по организационному, технологическому, методологическому и другим признакам в единую систему связи и представляет собой совокупность сетей, служб связи и других средств обеспечения, расположенных и функционирующих на территории РФ. Средства СС РФ совместно со средствами ВТ (вычислительной техники) составляют техническую основу информатизации общества. Структура системы связи РФ, представлена на рис. 1.1

Рис. 1.1 Состав системы связи РФ

В СРФ входят федеральная связь и технологические системы связи. Основными компонентами федеральной связи являются федеральная электросвязь (ФЭС) и федеральная почтовая связь (ФПС).

Электросвязь – всякая передача или прием знаков, сигналов, письменного текста, изображений, звуков по проводной, радио -, оптической и другим электромагнитным системам.

Почтовая связь – прием, обработка, перевозка и доставка почтовых отправлений, а также перевод денежных средств.

Федеральная электросвязь включает системы связи общего пользования, системы связи специального назначения и выделенные системы связи.

Системы связи общего пользования - составная часть СС РФ, открытая для пользования всем физическим и юридическим лицам, в услугах которых этим лицам не может быть отказано.

Выделенные системы связи – это системы электросвязи физических и юридических лиц, не имеющих выхода на системы связи общего пользования.

Системы связи специального назначения предназначены для обеспечения нужд государственного управления, обороны, безопасности и охраны право-порядка в Российской Федерации. Такие системы связи не могут быть использованы для возможного оказания услуг населению. Технологические системы связи – это системы электросвязи предприятий, учреждений и организаций, создаваемые для управления внутрипроизвод-ственной деятельностью и технологическими процессами, не имеющие выхо-да на системы общего пользования. При наличии свободных ресурсов в технологических системах связи эти сетевые ресурсы могут быть присоеди-нены к системе связи общего пользования и использованы для предоставле-ния возможных услуг любому пользователю. Выделенные системы связи также могут быть присоединены к системе электросвязи общего пользования, если они соответствуют ее требованиям. В настоящее время в состав Федеральной электросвязи входят следующие системы электросвязи общего пользования: телефонной связи (СТФС); телеграфной связи (СТгС); факсимильной связи (СФС); передача газет (СПГ); передача данных (СПД); распределения программ звукового вещания (СРПЗВ); распределения программ телевизионного вещания (СРПТВ). В процессе развития СС РФ состав систем электросвязи претерпевает суще-ственные изменения за счет интеграции ряда систем и образования новых. Этот процесс обусловлен, прежде всего, внедрением новых технологий и новых технических решений на сетях электросвязи. В качестве первого шага интеграции отдельных систем электросвязи возможно объединение систем электросвязи, обеспечивающих передачу документальных сообщений, в систему документальной электросвязи (СДЭС). Дальнейшее развитие интеграции связано с созданием системы с интеграцией служб (N – ISDN и B - ISDN) и интеллектуальных систем электросвязи, а также системы связи нового (следующего) поколения - NGN. Система телефонной связи(T C ) предназначена для удовлетворения потребностей населения, учреждений, организаций и предприятий в передаче телефонных, факсимильных сообщений и данных со скоростью не более 64 кбит/с. Система ТС обеспечивает выход на технологические телефонные сети, международную телефонную сеть, а также связь с подвижными абонен-тами и Internet. Система телеграфной связи обеспечивает передачу документальных сообщений, представленных в виде буквенно-цифрового текста. Система передачи данных обеспечивает передачу данных широкому кругу предприятий и учреждений страны, населению, а также для удовлетворения нужд автоматизированных систем управления. Система факсимильной связи обеспечивает передачу неподвижных, как цветных, так черно-белых, полутоновых и штриховых изображений в виде фотографий, рисунков, графиков, рукописных текстов и т.п. на любом языке и с любым алфавитом, нанесенных на бланки типовых размеров. Система передачи газет предназначена для передачи оригиналов-оттисков газет, поступающих от издательств в пункты децентрализованной печати. Система распределения сигналов программ звукового вещания предназ-начена для передачи программ вещания населению страны. Система распределения сигналов телевизионных программ предназначена для реализации телевизионного вещания.

Средства обеспечения СС РФ

Все средства, обеспечивающие нормальное функционирование СС РФ, можно разделить на средства технического, программного, методического, информационного и организационного обеспечения. Техническое обеспечение СС РФ – совокупность устройств и систем связи, электронных и вычислительных машин и систем, линейных и гражданский сооружений, объединенных в единый комплекс технических средств связи страны. Программное обеспечение – совокупность операционных систем, трансля-торов, компиляторов, пакетов прикладных программ и эксплуатационных документов, обеспечивающих функционирование СС РФ. Методическое обеспечение – совокупность методов, моделей, алгоритмов, правил, нормативов, инструкций, регламентирующих взаимодействие техни-ческих средств и людей с техническими средствами в процессе функциони-рования СС РФ. Информационное обеспечение включает: описание аппаратуры; справочные данные (например, телефонные справочники); сообщения для программ радио и телевизионного вещания; учетные и архивные сведения, необходимые для планирования и развития СС РФ; текущие сведения о функционировании системы и другую информацию. Организационное обеспечение включает : инструкции, руководящие материалы, приказы, штатные расписания, а также документы, определя-ющие цели, права, обязанности, режимы работы, взаимодействие работников и организационных подразделений на различных стадиях функционирования и развития Системы связи РФ. Опыт и разработки в создании больших организационно-технических систем показывает, что переоценка роли каких-либо средств обеспечения, может свести на нет все усилия по созданию эффективно действующей системы связи. В соответствии с принципами целостности системной методологии на всех этапах развития системы ее необходимо рассматривать как целое, т.е. учитывать все ее компоненты, их связи и отношения, существенно влияющие на достижение цели, на ее системные свойства.

Главная > Лекция

Тема 1. Введение. Общие сведения о системах электросвязи

ЛЕКЦИЯ 1 СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

1.1 Основные понятия и определения теории электросвязи. 1.2 Классификация систем электросвязи. 1.3 Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем. 1.1 Основные понятия и определения теории связи В дисциплине “ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ” изучаются основные закономерности и методы передачи информации по каналам связи; рассматриваются способы математического представления сообщений, сигналов и помех, методы формирования сигналов и их преобразования в каналах связи, вопросы анализа помехоустойчивости и пропускной способности систем связи, оптимального приема сообщений и оптимизации систем связи. Экономические преобразования в обществе, творческая дея-тельность человека, поведение живых существ, действие любых ав-томатических устройств неразрывно связаны с хранением, перера-боткой и передачей информации. Слово “информация” в переводе с латинского означает осведомление о чем-либо, сведения, а в своем наиболее раннем употреблении это понятие означает знание челове-ком тех или иных явлений природы и общества. Однако такое тол-кование понятия “информация” не может служить его строгим опре-делением. Существуют различные определения этого понятия. В на-иболее общем философском определении под информацией понимают специфическую форму связи материальных систем, имеющую в своей основе отражение, как объективное свойство материи. В техническом смысле под информацией понимаются сведения о каком-либо событии или предмете, поступающие к получателю в ре-зультате его взаимодействия с окружающей средой. Информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки вычислительными устройствами или уже обработанная ими называется данными . Под сообщением понимается форма представления информации (например, текст, речь, изображение, цифровые данные и т.д.). Множество возможных сообщений с их вероятностными характеристи-ками называется ансамблем сообщений . Во многих практических слу-чаях (телеграфия, системы передачи данных и т.д.) это множество конечно. Выбор сообщений из ансамбля осуществляет источник сооб-щений . Сигналом называется физический процесс, однозначно отображающий передаваемое сообщение. С информационной точки зрения сигналы подразделяются на детерминированные и случайные. По виду временной функции сигналы подразделяютсяна непрерывные и дискретные, . К непрерывным (аналоговым) сигналам относятся такие, которые могут принимать в некотором интервале любые уровни. Если сигнал принимает только дискретные значения, то он называется дискретным . Если эти уровни можно обозначить цифрами, то такой сигнал называется цифровым . Детерминированными сигналами называются такие, изменение которых во времени можно полностью заранее определить. Если же заранее предсказать изменение сигнала во времени нельзя, то сигнал называется случайным .

Рис. 1.1 Примеры сигналов

Сигнал характеризуется такими параметрами, как длительность (Т с ), ширина спектра F c и динамический диапазон (D c ). Ширина спектра характеризует скорость изменения сигнала в интервале его существования. Динамический диапазон определяется отношением наибольшей мгновенной мощности сигнала к минимальной. Более общей характеристикой сигнала является его объем V c =T c F c D c . Чем больше объем сигнала, тем больше информации можно передать. . По виду передаваемого сообщения а) телефонный (речь) б) телеграфный (текст), в) фототелеграфный (неподвижное изображение), г) передача данных, д) сигнал звукового вещания е) телевизионный. - Телефонный сигнал формируется микрофоном.
Гц рекомендуемый канал МККТТ: 0,3…3,4 кГц.
=25…35 дБ. - Телеграфный сигнал
Скорость передачи:
[Бод],
Бод. Полоса частот
[Гц]. - Передача данных Как телеграфный сигнал, отличается только скорость передачи. Бод. - Фототелеграфный сигнал используется для передачи неподвижных изображений
(оборот/минута). Гц. - Сигнал звукового вещания =35…40 дБ, =65 дБ для симфонического оркестра,
кГц. - Телевизионный сигнал =40 дБ,
МГц. Процесс превращения сообщения в сигнал в передающем устройстве может состоять из следующих трех операций: преоб-разования, кодирования и модуляции . Эти три операции могут быть независимыми либо совмещенными. Преобразованием называется перевод неэлектрических величин, определяющих передаваемое сообщение, в первичный электрический сигнал. Так, в телефонии эту функцию выполняет микрофон, преобразующий звуковые волны в электрические колебания. В большинстве случаев сигнал является низкочастотным колебанием, непригодным для непосредственной передачи. Кодирование – это преобразование сообщения в определен-ные сочетания элементарных дискретных символов, называемых кодовыми комбинациями или словами. Целью кодирования, как правило, является согласование источника сообщений с каналами связи, обеспечивающее либо максимально возможную скорость передачи информации, либо заданную помехоустойчивость. Согла-сование осуществляется с учетом статистических свойств источ-ника сообщений и характера воздействия помех. Коды – это системы соответствий между сообщениями и комбина-циями символов (дискретных сигналов), при помощи которых эти сообщения могут быть зафиксированы, переданы на расстояние или использованы для дальнейшей обработки. Символы, из которых фор-мируются кодовые комбинации, называют элементами кода . Число различающихся между собой элементов называют основанием кода . Так, элементами двоичного кода (
) являются символы “1” и “0”. Число N различных кодовых комбинаций называют объемом или мощностью кода . Число элементов (n ), образующих кодовую комбинацию, называют значимостью кода . Коды, кодовые комбинации которых состоят из одинакового чис-ла элементов равной длительности, называют равномерными . Мощ-ность такого кода составляет . В системах передачи дан-ных и телеуправления используются преимущественно равномерные коды. В таких кодах границы между кодовыми комбинациями обычно определяют подсчетом числа элементов. Модуляцией называют изменение параметра сигнала в соответ-ствии с передаваемым сообщением. Модуляцию дискретными сигнала-ми называют манипуляцией . Параметрами, подлежащими модуляции, могут быть амплитуда, частота и фаза. Возможны и комбинированные методы модуляции, при которых модулируются два или несколько параметров сигнала. От вида модуляции в значительной мере зави-сят помехоустойчивость и пропускная способность системы связи. Устройство, предназначен-ное для кодирования сигнала, называется кодером . Устройство, ре-шающее обратную задачу – декодером . Совокупность кодера и деко-дера называют кодеком . Полученными при кодировании символами обычно осуществляют модуляцию сигнала. Устройства, осуществляющие модуляцию и демодуляцию сигнала называют модемом . Структурная схема канала передачи дискретных сигналов изображена на рис. 1.2.
а)
б)

Рис. 1.2. Структурная схема канала передачи а) симплексная связь, б) дуплексная связь

Совокупность модулятора, демодулятора и канала связи называют дискретным каналом . Совокупность кодека, модема и канала связи называют каналом передачи данных . При передаче дискретных сообщений каждый элемент кода (кодо-вый символ) отображают отрезком сигнала длительностью , назы-ваемым единичным элементом. Для пояснения особенностей различ-ных видов модуляции рассмотрим приведенные на рис.1.3 эпюры модулированных двоичных сигналов при передаче сообщения 101100. Если в качестве переносчика используется постоянный ток, то модуляция может быть осуществлена изменением величины тока (рис.1.3,а) либо его направления (рис.1.3,б) (кодово-импульсная модуляция КИМ или ИКМ). Наибольшее применение нашли в настоящее время цифровые системы связи, в которых элементы сигнала пред-ставляют собой ограниченные на конечном отрезке времени (от 0 до ) гармонические колебания; такие системы связи и сигна-лы называют простыми.
В системах передачи данных широко исполь-зуются простые двоичные системы с амплитудной, частотной или фазовой манипуляцией. При амплитудной манипуляции (рис.1.3,в) передаче “1” соот-ветствует наличие единичного элемента переменного тока длительностью
, передаче “0” – пауза (КИМ-AM), т.е. При частотной модуляции (рис.1.3,г) (КИМ-ЧМ) При фазовой модуляции (рис.1.3,д) (КИМ-ФМ) При использовании в качестве переносчика периодической последовательности импульсов различают амплитудно-импульсную модуляцию – АИМ; широтно-импульсную модуляцию – ШИМ; фазо-импульсную модуляцию – ФИМ; частотно-импульсную модуляцию – ЧИМ (рис.1.3,е,ж,з,и). Границы между передаваемыми единичными элементами (моменты изменения полярности, амплитуды, частоты или фазы переносчика) называются значащими моментами . Количество единичных элементов, передаваемых за 1 с, называется скоростью модуляции и определяется по формуле
. За единицу ее из-мерения принят Бод – скорость, соответствующая одному единично-му элементу в секунду. Для систем, использующих коды с основанием
, скорость передачи данных определяют по формуле
Кроме сигналов, несущих для получателя информацию, в среде распространения присутствуют посторонние электромагнитные процессы. Помехи мо-гут возникнуть как в среде, используемой для распространения сигнала, так на-зываемые, внешние помехи, так и в электрических цепях, выполняющих преоб-разование сигнала, так называемые, внутренние помехи. Они могут иметь са-мые различные формы протекания во времени (гладкие, импульсные) и, в том числе, очень близкие к формам полезных сигналов. Таким образом, вместе с полезным сигналом в приемнике действуют помехи, интенсивность которых может оказаться соизмеримой с сигналом, в результате чего сигналы оказыва-ются частично или полностью замаскированными. Каналом связи называют совокупность линейных, коммутирующих и других технических средcтв, обеспечивающих независимую передачу сигналов между двумя абонентами по общей линии связи. Классификация каналов связи приведена на рис. 1.4. Линия связи представляет собой физическую среду (пара проводов кабеля, волновод, область пространства), в которой распространяется сигнал. Линии связи, как правило, много канальные. Каналы связи можно характеризовать, как и сигнал такими параметрами, как время передачи (Т к ), полосой пропускания (F к ) и динамическим диапазоном (D к ) . Обобщенной характеристикой канала является его объем V к = T к F к D к . Необходимым условием неискаженной передачи сигнала является V c < V к . Обычно сигнал соглашается с каналом по всем трем параметрам

Т с ≤ Т к ; F c ≤ F к ; D c ≤ D к .

Каналы связи подразделяются на симплексные и дуплексные. Симплексные каналы обеспечивают передачу в одном направлении, дуплексные – в обоих. Системой связи называют совокупность узлов, станций и линий связи, соединенных в определенном порядке, соответствующем организации управления объектами характеру выполняемых задач. В простейшей одно канальной системе это совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к потребителю. Система связи включает в себя первичную и вторичную сети. Первичная сеть представляет совокупность сетевых узлов, станций и соединяющих линий связи. На узловых станциях организуются каналы связи и групповые тракты, а также осуществляется транзитное соединение канала. Вторичные сети используют каналы связи, формируемые первичной сетью. Сетью связи называют совокупность узлов (центров) коммутации, соединенных линиями связи, вместе с алгоритмами и программами обмена информацией и управления. Различают базовую и абонентскую (терминальную) сети. Базовая сеть включает узлы коммутации и соединяющие их магистральные линии. Транспортная сеть, обеспечивающая объединение всех сетевых средств, выполняет функцию передачи сигналов. Абонентская сеть обеспечивает подключение абонентов к ресурсам базовой сети. Часть сети, которая соединяет между собой каналы разных зоновых сетей на всей территории страны, составляет магистральную первичную сеть . 1.2 Классификация систем электросвязи
Системы электросвязи классифицируются по назначению, по типу применяемого сигнала, по способу осуществления соединения, по степени интеграции решаемых задач и по способу обмена информацией. По назначению различают сети телефонной, телеграфной, факсимильной связи, сети передачи данных и телетекса. Па типу применяемого сигнала системы связи подразделяются на аналоговые и цифровые. В аналоговых сетях используется непрерывный сигнал. Особенностью его является то, что два сигналы могут отличаться один от другого как угодно мало. В цифровых сетях используется сигнал, который состоит из различных элементов. Такими элементами являются 1 и 0. Единица обычно обозначается импульсом или отрезком гармонического колебания с определенной амплитудой. Нуль обозначается отсутствием переданного напряжения. Совокупность 1 и 0 составляет сообщение - кодовую комбинацию. По способу осуществления соединения системы подразделяются на сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В сетях с коммутацией каналов соединения абонентов осуществляется по типу автоматической телефонной станции. Основной их недостаток -- это большое время вхождения в связь из-за занятости каналов или вызываемого абонента. Обмен информацией в сетях с коммутацией сообщений осуществляется по типу передачи телеграмм. Отправитель составляет текст сообщения, указывает адрес, категорию срочности и секретности и это сообщение записывается в запоминающее устройство (ЗУ). При освобождении канала сообщение автоматически передается на следующий промежуточный узел или непосредственно абоненту. На промежуточном узле сообщения также записывается в ЗУ и при освобождении следующего участка передается дальше. Преимуществом таких сетей является отсутствие отказа в приеме сообщения. Недостаток заключается в сравнительно большом времени задержки сообщения за счет его сохранения в ЗУ. Поэтому такие сети не используют для передачи информации, которая требует доставки в реальном времени. В сетях с коммутацией пакетов обмен информацией осуществляется также как в сетях с коммутацией сообщений. Однако сообщение делится на короткие пакеты, которые быстро находят себе маршрут к адресату. В результате время задержки пакетов будет меньшим. По степени интеграции решаемых задач различают интегральные цифровые сети и цифровые сети интегрального обслуживания. В цифровых интегральных сетях интеграция осуществляется на уровне технических устройств. Одно устройство решает несколько задач. Например, решает задачу уплотнения канала и коммутации. В цифровых сетях интегрального обслуживания интеграция осуществляется на уровне служб. Сигналы телефонии, телетекса, передачи данных и другие передаются цифровым способом с помощью одних и тех же устройств. В таких сетях отсутствует разделение на первичные и вторичные сети. По способу обмена информацией сети подразделяются на синхронные, асинхронные и плезиохронные. В синхронных сетях генераторы управляющих сигналов на конечных и промежуточных пунктах постоянно синхронизированы независимо от того передается информация или нет. В асинхронных сетях синхронизация осуществляется только на время приема сообщения. Плезиохронный метод функционирования допускает отсутствие постоянного подстраивания местных генераторов. Прием сообщений обеспечивается за счет применения высокостабильных местных генераторов с автоподстройкой под сигналы единой частоты через довольно продолжительные интервалы времени. Сеть телефонной связи предназначена для передачи на расстояние речевых (акустических) сообщений Сеть телеграфной связи предназначена для двусторонней передачи дискретных сообщений (телеграмм). Сети передачи данных предназначены для обмена информацией между ЭВМ как и телеграфные сети используют дискретные сигналы. В отличие от телеграфии в сетях передачи данных обеспечивается большая скорость и качество передачи сообщений. Гарантируется заданная вероятность доставки при любой практически необходимой скорости передачи сообщений. Это достигается благодаря использованию дополнительных устройств повышения качества передачи сообщений, которые конструктивно объединяются с передатчиками и приемниками систем передачи данных, образовывая приемо-передающие устройства, которые называются аппаратурами передачи данных (АПД). Сеть факсимильной связи предназначена для передачи не только содержания, но и внешнего вида самого документа. Оконечное устройство факсимильных сетей представляет собой цифровой факсимильный аппарат, который работает по телефонной сети со скоростями 2,4-4,8 кбит/с или по сетям передачи данных со скоростями 4,8; 9,6; и 48 кбит/с. В нем осуществляется статистическое кодирование информации с коэффициентом сжатия около 8, что позволяет передавать страницу текста за 2 мин при скорости 2,4 кбит/с и соответственно за 30 с при скорости 9,6 кбит/с. Телетекс – это буквенно-цифровая система передачи деловой корреспонденции, которая построена по абонентскому принципу. Основная идея телетекса - объединение всех возможностей современной печатной машинки с передачей сообщений при условии сохранения содержания и формы текста. Эта система немного напоминает телекс (абонентский телеграф), но отличается от нее большим набором знаков (256 за счет 8- элементного кода), большей скоростью передачи (2400 бит/с), высокой достоверностью, возможностью редактировать подготовленную к передаче документацию и другие дополнительные особенности. Передача информации в системе телетекс осуществляется по телефонным сетям. Важной особенностью и принципиальным преимуществом телетекса сравнительно с телексом является отсутствие необходимости в дополнительной работе на клавиатуре во время передачи текста. Это преимущество достигается благодаря тому, что подготовленный на оконечном устройстве текст, запоминается в его оперативном запоминающем устройстве, откуда информация передается по каналу связи. Принятое сообщение может быть воспроизведено на экране дисплея или отпечатано. Система телетекс имеет много общего с системой передачи данных, а именно: цифровой метод передачи, скорость передачи 2,4 кбит/с, применяемые методы повышения борьбы с ошибками и управление соединением. Расхождение между этими системами состоят в том, что в телетексе используется разговорный язык, передачи данных - формализованные языки. На базе сетей телетекса и факса создаются службы электронной почты , т.е. службы передачи письменной корреспонденции по сетям электросвязи, которые обеспечивают получение “твердой копии” оригинала. Раздельное использование приведенных выше вторичных сетей сдерживает развитие систем телекоммуникаций. Внедрение цифровых сетей разрешает на единой цифровой основе обеспечить передачу сигналов разных служб, т.е. организовывать цифровую сеть интегрального обслуживания. Под цифровой сетью интегрального обслуживания понимают совокупность архітектурно-технологічних методов и аппаратно-программных средств доставки информации территориальное изъятым пользователям, которые разрешают на цифровой основе предоставлять пользователям разные услуги. Эта сеть разрешает передавать телефонные, телеграфные и другие сигналы с помощью одного универсального терминала. Этот терминал должен содержать телефон, дисплей и клавиатуру для набора текста. Абонент такой сети может наблюдать на дисплее за изображением и разговаривать с другим абонентом по телефону. Подробнее цифровые сети интегрального обслуживания будут описаны дальше. 1.3 C емиуровневая модель взаимодействия открытых систем Телекоммуникационные сети состоят из большого количества разного оборудования и программ: операционных систем и модулей применения. Разнообразные требования к телекоммуникационным сетям, привели к разнообразию сетевого оборудования и программ. Оборудования отличается не только по основным, а и по вспомогательными функциям. Непрерывно увеличивается количество видов сервиса, который предоставляется пользователям. Разнообразие увеличивается также за счет того, что много устройств и программ состоит из разных наборов, составных частей. Кроме того, в мире есть очень много фирм, которые занимаются разработкой и изготовлением телекоммуникационного оборудования и программного обеспечения. Это в свою очередь приводит к разнообразию технических решений. В современном мире телекоммуникационные системы, как правило, не являются замкнутыми системами: взаимодействуют локальные сети в середине фирм и между фирмами; индивидуальные пользователи обмениваются информацией на территории городов, районов, областей, государства, земного шара. Все это требует совместимости оборудования, телекоммуникационных сетей на разных уровнях. Все разработчики и производители поняли, что возможность легкого взаимодействия с оборудованием других конкурирующих фирм повышает ценность изделий, так как их можно использовать большим количеством работающих сетей. Совместимость обеспечивается только тогда, когда все производители реализуют одинаковые стандарты. Стандарты телекоммуникационных систем делятся на: международные; национальные; специальных комитетов и объединений; отдельных больших фирм. Рассмотрим в этом подразделе только некоторые из них. Телекоммуникационные системы - это довольно сложные системы как по своей структуре, так и по функциям, которые они выполняют. Сети телекоммуникаций могут охватывать как отдельный офис, так и весь земной шар. Организация взаимодействий между устройствами в сети является сложной задачей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный прием - декомпозиция одной сложной задачи на несколько, более простых - модулей. При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. В этом случае множество модулей разбивают на уровни. Уровни образовывают иерархию, т.е. существует вышележащий и нижележащий уровни. Множество модулей, которые составляют каждый уровень, сформировано таким образом, при котором для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям, которые непосредственно граничат с нижележащим уровнем. С другой стороны, результаты работы всех модулей, которые принадлежат какому-то уровню, могут быть переданные только модулям соседнего вишележащего уровня. При приведенном способе декомпозиции нужно четко определить функции каждого уровня, а также так называемого интерфейса между уровнями. Интерфейс – это набор функций, взаимодействия соседних уровней. Оборудование, которое расположено в узлах сети, может быть представлено в виде описанной многоуровневой модели. Процедура взаимодействия пары узлов сети может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары одинаковых уровней оборудования этих узлов. Правила, которые определяют последовательность и структуру (формат) сообщений, которыми обмениваются компоненты сети, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом . Протоколы определяют правила взаимодействия одного уровня в разных узлах, а интерфейс - модулей соседних уровней выше и нижчележащих в одном узле. Полный набор протоколов всех уровней, которые достаточны для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком телекоммуникационных протоколов . Протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы низших уровней реализуются аппаратными средствами в комбинации с программными, и чем выше уровень, тем больше часть программных средств. Протоколы высших уровней - это, как правило, чисто программные протоколы. Протоколы разных уровней независимые. А это означает, что протокол любого уровня может быть изменен независимо от протокола второго уровня. Протоколов взаимодействия систем телекоммуникаций можно придумать множество, но тогда разные системы не будут открытыми к взаимодействию. Стыковка их будет сложной задачей. Единый выход – это стандартизация модели взаимодействия систем телекоммуникаций. В начале 80-х годов несколько международных организаций - разработали так называемую модель взаимодействия открытых систем (ВОС) (Open System Interconnection, OSI). В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовий, транспортный, сетевой, канальный и физический (рис. 1.6). Например, телекоммуникационная система должна передать текст определенного объема (говорят текстовый файл) из пункта В. Передача текстовых файлов - это прикладная задача. Абонент обращается с запросом к прикладному уровню. На основе этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартной формы - формата. Оно состоит из заголовка “7” и поля данных - полезной информации (рис. 1.6). Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладного уровня оборудования адресата, чтобы сообщить его, какую работу необходимо выполнить.

Например, заголовок должен иметь информацию о местонахождении файла и об операции, которую необходимо с ним выполнить. Поле данных может быть пустым, или содержать информацию, которую необходимо записать в файл, отправленный из пункта В. После отправки в пустом файле, например, останется имя (код) того, кто его передал. После формирования сообщения прикладной уровень направляет его представительному уровню. Протокол представительного уровня на основе информации, которая содержится в заголовке прикладного уровня, выполняет определенные действия и прибавляет к сообщению собственную служебную информацию - заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для протокола представительного уровня оборудования получателя. Полученное, сообщение передается сеансовому уровню и т.д. В конце концов, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который передает его по каналу связи оборудованию получателя. Когда сообщение поступает на оборудование получателя информации, оно принимается на физическом уровне и последовательно перемещается вверх от уровня к уровню, каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, потом изымает его и передает сообщение высшему уровню. В модели OSI различают два вида протоколов: протоколы с установлением соединения и протоколы без установления соединения. В первом случае перед обменом данными отправитель и получатель сначала должны установить соединение и выбрать некоторые параметры протокола, которые будут использованы при обмене данными. После завершения обмена данными отправитель и получатель должны разорвать соединение. Во втором случае отправитель передает сообщение без любых предыдущих действий. Рассмотрим основные функции, которые выполняются на каждом из семи уровней модели OSI. На физическом уровне обеспечивается интерфейс между оборудованием и физической средой – каналом связи, и выполняются функции управления потоком импульсов. На физическом уровне выполняются такие основные функции: обеспечение физического стыка - вид соединения оборудования с каналом связи, назначение контактов; передача сигналов по сети; усиление или регенерация сигналов для обмена между сетью и оборудованием; преобразование сигналов, модуляция, демодуляция. Канальный уровень выполняет основную функцию - обеспечение доступа к сети. Кроме управления доступом к среде передачи на канальном уровне реализуются механизмы обнаружения и коррекции ошибок. Для этого формируются кодовые комбинации, которые называются кадрами. В начале и конце кадра размещают специальную последовательность бит для его выделения. Канальный уровень не только обнаруживает ошибки, но и исправляет их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Следует отметить, что в некоторых протоколах функция исправления ошибок отсутствует. Сетевой уровень выполняет функции управления потоком кадров маршрутизации. Сообщение сетевого уровня называются пакетами. Транспортный уровень обеспечивает транспортирование данных верхних уровней с требуемой надежностью. В модели ВОС определено пять классов обеспечения надежности транспортирования пакетов, которые называют классами сервиса транспортного уровня. Например, если качество каналов связи высокое, то используется облегченный класс сервиса без многократных проверок, предоставление подтверждений в получении пакетов и др., когда средства низших уровней очень ненадежные, то нужно использовать сервис с максимумом средств для выявления и исправление ошибок. Как правило все протоколы, начиная с транспортного и выше, реализуются программными средствами. Они являются компонентами сетевых операционных систем. Сеансовий уровень обеспечивает управление диалогом, он фиксирует, какая из сторон в данный момент активная, а также предоставляет средства синхронизации. Средства синхронизации позволяют вставлять закодированные символы контрольных точек. В случае отказа есть возможность возвратиться к последнему контрольному пункту, а не начинать передачу с начала сеанса. Сеансовий уровень не всегда используется. Представительный уровень программно выполняет функцию представления данных для прикладного уровня. На этом уровне может быть организовано шифрование и дешифровка данных. Это обеспечит секретность обмена данными для всех прикладных служб. Прикладной уровень – это уровень применения телекоммуникационной системы. Например, разветвленная сеть учета и обслуживание клиентов по оплате услуг электросвязи в почтовых отделениях, или пунктах предоставления сервисных услуг. Для реализации этих задач разработано специальное программное обеспечение. Служб прикладного уровня очень много. Для прикладного уровня единицей данных являются сообщения. Из всех семи уровней, первые три нижние уровни - физический, канальный и сетевой тесно связаны с технической реализацией сетей и их оборудованием. Поэтому переход к новой телекоммуникационной технологии, как правило, связан с полной заменой этих протоколов. Протоколы верхних трех уровней - сеансовий, представительный и прикладной мало зависят от технических особенностей построения сети. Эти уровни зависят от применений. Транспортный уровень является промежуточным между двумя группами уровней. Следует отметить, что стандартизированная модель OSI является одной из важнейших моделей телекоммуникационных систем. Однако, может быть и много других моделей таких систем. Главным преимуществом системы OSI является ее открытость. Это означает, что можно строить сети с аппаратными и программными средствами разных производителей, если они используют одинаковые стандарты протоколов.

Аннотация: Введение. Алгоритм равномерного разбиения цветового пространства. Алгоритм разбиения по частоте вхождения: идея алгоритма, метод разбиения цветового куба - локально отсортированный поиск. Алгоритм медианного сечения. Методы кластеризации для квантования изображений: метод K-средних, метод связности графа, иерархический метод, обобщенный метод K-средних или метод динамических сгущений. Заключение.

12.1. Введение

Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровую форму состоит из трех стадий: дискретизации ( "Дискретизация. Антиалиасинг. Геометрические преобразования растровых изображений"), квантования и кодирования. В данной лекции рассматривается вторая стадия. Квантование - это замена величины отсчета ближайшим значением из набора фиксированных величин. Применительно к изображениям это означает уменьшение количества значений атрибутов для каждого пикселя или, проще, уменьшение количества цветов в изображении. При этом требуется, чтобы качество изображения ухудшилось как можно меньше. Операция квантования применяется также на уже оцифрованном материале .

Квантование нужно для:

• экономии памяти;
• улучшения свойств последовательностей для сжатия;
• подготовки для последующей обработки;
• добавления эффектов.

Прокомментируем эти пункты подробнее применительно к изображениям.

Экономия памяти достигается, очевидно, за счет уменьшения затрат на хранение значений атрибутов. Многие форматы хранения изображений 1например PNG, GIF , вместо хранения значений атрибутов, хранят номера ссылок на строки палитры. Палитра - это таблица , строки которой содержат фиксированное значение атрибута. Раньше механизм палитры использовался для формирования и вывода изображения на дисплей ввиду того, что объем видеопамяти до 1995 года в обычном настольном компьютере не превышал одного мегабайта.

Улучшение свойств последовательностей для сжатия достигается за счет уменьшения количества возможных значений, а значит, увеличения повторений.

Рис. 12.1.

Подготовка для последующей обработки нужна для некоторых алгоритмов, сложность которых существенно зависит от количества возможных значений атрибутов. При этом часто результат работы алгоритма не отличается или отличается незначительно.

Квантование изображений может быть использовано для добавления художественных эффектов и выделения границ.

В этой лекции предполагается, что значения атрибутов пикселей изображения лежат в цветовом пространстве RGB ( "Основные понятия. Представление цвета в машинной графике"). Псевдокоды алгоритмов для простоты изложения приведены для 8-битного полутонового изображения (256 оттенков) (см. рис. 12.1), перевод осуществляется в 4-битное изображение (16 оттенков).

Рис. 12.2.

12.2. Алгоритм равномерного разбиения цветового пространства

Рассмотрим самый простой алгоритм квантования - алгоритм равномерного разбиения цветового пространства , также называемый линейным квантованием . Разобьем цветовое пространство на равные части по каждому из основных направлений (для RGB таких направлений три - по числу компонент ). Например, в направлении синей или зеленой оси (см. рис. 1.5) разобьем куб на 8 частей, а в направлении красной - на 4 . Множество значений, которые образуются на пересечении разбиений, занесем в таблицу. В нашем примере получается 256 значений, равномерно распределенных по RGB -кубу. Далее преобразование изображения сводится к поиску соответствующего номера в таблице так, чтобы расстояние между реальным цветом и замещающим его было минимальным. Это можно сделать быстро с помощью округления.

// из 256 оттенков серого делаем 16 // I(pixel) - атрибут пикселя // Inew(pixel) новый атрибут - номер ссылки в палитре // Palette - палитра // количество оттенков в исходном изображении NOldColors = 256; // количество элементов в палитре NNewColors = 16; // 1. Заполняем палитру for(i = 0; i < NNewColors; i++) { Palette[i] = i * (NOldColors / NNewColors); } // 2. Вычиcляем новые значения атрибутов foreach(pixel in I) // для каждого пикселя { // округляем, отбрасывая дробную часть Inew(pixel) = I(pixel) / (NOldColors / NNewColors); } Листинг 12.1. Алгоритм равномерного разбиения цветового пространства

В результате работы данного алгоритма (см. рис. 12.2) в изображении часто возникают слишком четкие границы, а детали, наоборот, стираются. Однако основные достоинства данного алгоритма - простота и высокая скорость.