免费智能真题库 > 历年试卷 > 网络管理员 > 2014年下半年 网络管理员 上午试卷 综合知识
  第20题      
  知识点:   信道   编码   采样   带宽   量化   信道带宽
  关键词:   编码   采样   数据   信道带宽   带宽   信道        章/节:   数据通信基础知识       

 
信道带宽为3400Hz,采用PCM编码,每秒采样8000次,每个样本量化为128个等级,则信道的数据速率为( )。
 
 
  A.  10Kb/s
 
  B.  16Kb/s
 
  C.  56Kb/s
 
  D.  64Kb/s
 
 
 

 
  第7题    2016年上半年  
   54%
数字话音的采样频率定义为8kHz,这是因为(7)。
  第19题    2013年上半年  
   44%
设信号的波特率为600Baud,采用幅度-相位复合调制技术,由4种幅度和8种相位组成16种码元,则信道的数据速率为(19)。
  第21题    2019年上半年  
   29%
将不同频率的信号放在同一物理信道上传输的技术是( )。
   知识点讲解    
   · 信道    · 编码    · 采样    · 带宽    · 量化    · 信道带宽
 
       信道
        信息传输的必经之路称为"信道"。信道包括有线信道和无线信道。信道可以分为物理信道和逻辑信道。物理信道是指用于发送信号或数据的物理通路,由传输介质及有关设备组成。逻辑信道是指在物理信道的基础上,由节点内部或节点之间建立的连接来实现的通路。
        传输信道还可以从不同角度进行分类,例如:①可分为模拟信道与数字信道;②可分为专用线路和交换网线路;③可分为有线信道和无线信道;④可分为频分信道和时分信道;等等。
 
       编码
               编码过程
               在给定了软件设计规格说明书后,下一步的工作就是编写代码。一般来说,编码工作可以分为四个步骤:
               (1)确定源程序的标准格式,制订编程规范。
               (2)准备编程环境,包括软硬件平台的选择,包括操作系统、编程语言、集成开发环境等。
               (3)编写代码。
               (4)进行代码审查,以提高编码质量。为提高审查的效率,在代码审查前需要准备一份检查清单,并设定此次审查须找到的bug数量。在审查时,要检查软件规格说明书与编码内容是否一致;代码对硬件和操作系统资源的访问是否正确;中断控制模块是否正确等。
               编码准则
               在嵌入式系统中,由于资源有限,且实时性和可靠性要求较高,因此,在开发嵌入式软件时,要注意对执行时间、存储空间和开发/维护时间这三种资源的使用进行优化。也就是说,代码的执行速度要越快越好,系统占用的存储空间要越小越好,软件开发和维护的时间要越少越好。
               具体来说,在编写代码时,需要做到以下几点:
               .保持函数短小精悍。一个函数应该只实现一个功能,如果函数的代码过于复杂,将多个功能混杂在一起,就很难具备可靠性和可维护性。另外,要限制函数的长度,一般来说,一个函数的长度最好不要超过100行。
               .封装代码。将数据以及对其进行操作的代码封装在一个实体中,其他代码不能直接访问这些数据。例如,全局变量必须在使用该变量的函数或模块内定义。对代码进行封装的结果就是消除了代码之间的依赖性,提高了对象的内聚性,使封装后的代码对其他行为的依赖性较小。
               .消除冗余代码。例如,将一个变量赋给它自己,初始化或设置一个变量后却从不使用它,等等。研究表明,即使是无害的冗余也往往和程序的缺陷高度关联。
               .减少实时代码。实时代码不但容易出错、编写成本较高,而且调试成本可能更高。如果可能,最好将对执行时间要求严格的代码转移到一个单独的任务或者程序段中。
               .编写优雅流畅的代码。
               .遵守代码编写标准并借助检查工具。用自动检验工具寻找缺陷比人工调试便宜,而且能捕捉到通过传统测试检查不到的各种问题。
               编码技术
                      编程规范
                      在嵌入式软件开发过程中,遵守编程规范,养成良好的编程习惯,这是非常重要的,将直接影响到所编写代码的质量。
                      编程规范主要涉及的三方面内容:
                      .命名规则。从编译器的角度,一个合法的变量名由字母、数字和下画线三种字符组成,且第一个字符必须为字母或下画线。但是从程序员的角度,一个好的名字不仅要合法,还要载有足够的信息,做到“见名知意”,并且在语意清晰、不含歧义的前提下,尽可能地简短。
                      .编码格式。在程序布局时,要使用缩进规则,例如变量的定义和可执行语句要缩进一级,当函数的参数过长时,也要缩进。另外,括弧的使用要整齐配对,要善于使用空格和空行来美化代码。例如,在二元运算符与其运算对象之间,要留有空格;在变量定义和代码之间要留有空行;在不同功能的代码段之间也要用空行隔开。
                      .注释的书写。注释的典型内容包括:函数的功能描述;设计过程中的决策,如数据结构和算法的选择;错误的处理方式;复杂代码的设计思想等。在书写注释时要注意,注释的内容应该与相应的代码保持一致,同时要避免不必要的注释,过犹不及。
                      性能优化
                      由于嵌入式系统对实时性的要求较高,因此一般要求对代码的性能进行优化,使代码的执行速度越快越好。以算术运算为例,在编写代码时,需要仔细地选择和使用算术运算符。一般来说,整数的算术运算最快,其次是带有硬件支持的浮点运算,而用软件来实现的浮点运算是非常慢的。因此,在编码时要遵守以下准则:
                      .尽量使用整数(char、short、int和long)的加法和减法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用乘法。
                      .尽量避免使用除法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用浮点数。
                      下图是一个例子,其中两段代码的功能完全一样,都是对一个结构体数组的各个元素进行初始化,但采用两种不同的方法来实现。下图(a)采用数组下标的方法,在定位第i个数组元素时,需要将i乘以结构体元素的大小,再加上数组的起始地址。下图(b)采用的是指针访问的方法,先把指针fp初始化为数组的起始地址,然后每访问完一个数组元素,就把fp加1,指向下一个元素。在一个奔腾4的PC上,将这两段代码分别重复10 700次,右边这段代码需要1ms,而左边这段代码需要2.13ms。
                      
                      算术运算性能优化的例子
 
       采样
        采样是指每隔一定时间间隔,取模拟信号的当前值作为样本,该样本代表了模拟信号在某一时刻的瞬时值。这样,就变连续的模拟信息为离散信号。采样技术依据奈奎斯特取样定理:如果采样速率大于模拟信号最高频率的2倍,则可以用得到的样本空间恢复原来的模拟信号。
 
       带宽
        带宽是指介质能传输的最高频率和最低频率之间的差值,带宽通常用Hz表示。
 
       量化
        经过FDCT变换后的系数,其数值变化较多,不利于编码。为了将系数数值映射到更小的取值范围,可以使用量化(quantisation)实现。通过量化可以减小非0系数的幅度和增加0值系数的数目。当然,量化也是导致图像质量下降的主要原因。
        JPEG的有损压缩算法使用均匀标量量化器进行量化,量化步距是按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值确定的。
        由于人眼对亮度信号比对色差信号更敏感,因此JPEG编码中使用了亮度量化表和色差量化表两种标准的量化表,参见下1表和下2表。此外,由于人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感,因此表中的左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。
        
        亮度量化值表
        
        色差量化值表
        量化的具体计算公式如下。
        
        其中,Squ,v)为量化后的结果,Fuv)为FDCT系数,Quv)为量化表中的数值,round为舍入取整函数。
 
       信道带宽
               模拟信道带宽
               模拟信道的带宽如下图所示。信道带宽W=f2-f1,其中,f1是信道能通过的最低频率,f2是信道能通过的最高频率,两者都是由信道的物理特征决定的。为了使信号传输中的失真小些,信道要有足够的带宽。
               
               模拟信道的带宽
               码元、波特率、数据速率、数字信道带宽
               一个数字脉冲称为一个码元,用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数,即单位时间内通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T秒,则码元速率B=1/T,其单位为波特(baud),码元速率也称波特率。若一无噪声信道的带宽为W,则该信道的极限波特率为B=2W(奈奎斯特定理)。码元携带的信息量n(比特)与码元的种类数N的关系为n=log2N
               单位时间内在信道上传送的信息量(比特数)称为数据速率,其单位为比特。数据速率也称比特率。无噪声信道的极限数据速率为
               R=Blog2N=2Wlog2N
               式中:W为信道带宽。
               有噪声的极限数据速率为
               
               式中:W为信道带宽;S为信号的平均功率;N为噪声平均功率;S/N为信噪比。
               数字信道的带宽为信道能够达到的最大数据速率。数字信道的带宽和模拟信道的带宽可以通过香农定理互相转换。
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