电子信息类专业英语(第二版).doc

第三单元 电子技术
B篇 二进制和逻辑系统
1. 二进制
一个数字系统作用于二进制方式下。期间运行时只存在于两个可能的状态。晶体管允许工作在截止区或饱和区，不工作于放大区。一个节点可能处于高电平即3~5V，或低电平即0~0.4V，其他值不被允许。不同的结果都被表示成这两种量化方式，最常用的方式
如表3.1所列。在逻辑系统中，一个语句被判定是为真还是为假，这是二进制最初的表示方式。处在符号9下的开关可能是打开或是关闭等等。当涉及到两种符号0和1时，二进制算法和精确的开关操作或者逻辑作用是最好的处理分类的方式。
代表数字的二进制将参照熟悉的十进制来解释。后者的基数是十，十个数字分别是0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,用来表示任意数字。为了表示大于9的数，我们要对数字排列中的每一个数字所处的位置赋予涵义。例如，1264意味着1264=1*10+2*10+6*10+4*10
因此，单个数字在一个数字代表系数扩大权力的数量在10.最远的右边的数字是0次幂的系数,下一个是1次幂的系数，如此等。
二进制中基数是2，只有用0和1来代表一个数。而0和1在十进制中代表相同的涵义，只是每个数字因所处位置不同而给与不同的解释。在二进制中各个数字代表二次幂的系数而不是十进制中的基数10.如：十进制数19写成二进制数就是10011，因为
10011=1*2+0*2+0*2+1*2+1*2=16+0+0+2+1=19
表3.2列出了十进制与二进制之间的转换。
表3.3描述了一种方法，如何将十进制转换为二进制。步骤如下：将十进制数（假设是19）放在最右边，然后将它除以2后得到的商（9）放在十进制数左边，将余数（1）写在商的下边。重复这个步骤（即9/2=4余数为1）直到商为0.第二行得到的1和0的数组就是十进制数的二进制表示。例子中十进制数19就是二进制数10011.
一个二进制数（0或1）称为比特.一组相同表示形式的位称为字节，字或者码。例如为了表示10个数字（0,1,2.，，，，，9）和26个英文字母就需要36种不同的1,0组合形式。而2<36<2,也就是说为了容纳所有的字母数字字符要求每个字节至少要有6个比特。在这个意义上，一个字节有时被称为一个字符和一群一个或多个字符构成的单词。
2. 逻辑系统
在交流电或者电平逻辑中系统通过两个电平中的一个来实现。如图3.6（a），如果高电压用1表示，则低电压用0表示，就说系统采用正逻辑，反之采用负逻辑。如图3.6（b）
所示，低电压用1表示，高电压用0表示。需要强调的是两个电压的绝对值在这些定义中没有意义。尤其是，0状态不用0V电压表示（尽管在一些系统中它存在）。
一个物理系统的参数（如晶体管的V）对不同的样品是不一样的，他们也随温度变化。此外，电压波动或电压冲击可能存在于电源或地线中，电路中存在被称为噪音的没有想到的其他的信号源。由于这些原因，数字电平规格不严格，而像图3.6的阴影部分所表示的那样，每个阴影区被定义在指定的一个电压范围，如3~5V和0~0.4V。
在动态或者脉冲逻辑中，系统要确认是否存在一个脉冲。在1意味着存在一个积极的脉冲在一个动态的积极的逻辑系统中；一个负脉冲代表一个1在动态逻辑系统中，一个0表示在指定时刻的输入（或输出），而无论何时在哪个输入（或输出）上的0表示无脉冲。

C篇 锁幅环路
能够维护幅度的传输功能常数的一个新颖的控制回路被提出，这个环路被命名为锁幅环路（MLL）。它能够执行首项环路的大部分功能。可以选择几个电路的传递函数。本文给出的是最好的一种，其偏差最小。
介绍
MLL是一个控制环路，不管输入频率的大小，它的传输功能常数（TF）不变。由一个TF发生器，整流器和比较器组成的基本电路产生电压和输入频率的线性关系。由于锁幅环路和锁相环路功能相似，自然比较这两个。不同于锁相环路的在电压控制振荡器下对输入频率和输出频率进行比较。在锁幅环路中，输入信号的振幅与TF发生器产生的输出信号的振幅进行比较。在MLL中的TF发生器的功能与PLL中的电压控制振荡器的功能相类似。最重要的一点不同于PLL的是MLL得到正弦曲线。而MLL最主要的优势是易于实现。
电路工作原理
图3.7所示是MLL的基本框图。通过低通整流滤波来检测正弦曲线的振幅。一半整流正弦曲线的平均值为V/pi.将输入的平均值与TF发生器的输出进行比较。如果负反馈存在且比较器获得的足够大，这两个是相等的。
如图3.8给出的MLL电路图，偏差很小。对TF发生器输出进行拉普拉斯变换得到V*SCR/(1+SCR)。因此比较器输入的平均值为V/(2*pi)和(V/pi)*CR/.若V=V*sin(),则V/(2*pi)= (V/pi)*CR/。图中CR=1/,R=R/(1-V/10)， 因此=(1- V/10)C R。应该指出的是，V是一个线性函数的输入频率而不是输入振幅。
它可以执行的最低使用配置如图3.8中所示。一个类似于MLL运用积分传递函数的配置，是较早被提出特定芯片在调谐滤波器中的应用。但抵消在积分器的输出发现会引入大量的错误。我们发现在低频时，用微分器取代积分器，由于严重的频率依赖作用，也会造成较大的误差。
最终的结构如图3.8所示是摆脱由于传递函数发生器造成偏移误差的无源微分器。所以剩下的唯一错误是由有限输入偏移比较器和失真的输入正弦所造成的。这些错误相对于先前结构造成的误差是可以忽略不计相比。对外围电路进行了测试，在环境温度变化从0到80℃时，其变化很小。因此我们可以得出这样的结论：循环系统的增益很高。
应用
如图3.7所示的MLL被用做解调调频，输入频率对V传递函数是作为首命令。MLL能够被用于高精确频率合成。如图3.9所示的框图。频率只取决于时间常数。相同的规则也适用于马达的速度控制，这个速度也只取决于时间常数。这是一种新颖的速度控制方式，既不需要参考频率也不需要参考电压。
如同PLL，MLL也能用于频率增加，如图3.7和3.9所示的结构框图来操作。如果频率合成如图3.9所示，那么在图3.7中MLL的控制电压发生器用于设置阻力。如果相关的条件都相等，那么在MLL中使用的电阻比例的乘方项与在频率合成框图中使用是等同的。
乘法器用在图3.8中是用来实现电阻R大动态范围变动和尽量减少失真。一个场效应晶体管的电压可变电阻可用于芯片调谐单片。此应用程序是基于主从配置提出的。该级锁伏回路决定了其它滤波器上的时间常数。这是可能的，尽管事实上的规模锁回路采用被动微分而从过滤器使用集成传输功能块。三分之一阶切比雪夫滤波器是在与不同的能力的通带边缘的基础上，一个频率输入的大小锁回路原理上可用分离匹配场效应管来说明和描述。
第四单元
B篇 单原子，导体，绝缘体和半导体
单原子
这种物质使得我们的宇宙由一百多种基本的和各种类型的被称作元素的物质构成。这些元素有92%是天然存在的，其余的都是人造的。每一种元素都有它自己的标识，也就是说，没有两个元素具有相同的物理和化学特性，一种元素也不能以普通的物理或化学方法被分为两种简单的元素。。金，汞，氧气这些元素就可以作为例证。
元素包含更小的粒子被叫做原子。任何一种元素原子的构造都是相同的。任何两个元素的不同在于它们的原子结构，例如金和汞。它们有共同点，然而，一个相对而言重的被叫做原子核的内核被一个或更多非常轻的被叫做电子的粒子包围。最简单的原子核是一个庞大的物质，重量大约是电子的2000倍，被叫做质子。更加复杂的原子核包含多种多样的质子和中子的组合物。一个中子是由一个质子和一个电子组合并进行一个电子地中和。
电子围绕原子核旋转，其方式类似于太阳系中行星围绕太阳旋转。一种元素的原子和另外一种元素的原子的差别在于其原子核中的质子数和中子数。宇宙中所有的元素都是由质子，中子和电子构成，因此都很重要。
一个原子核和围绕它的电子之间一定有一种吸引力，否则电子就会飞到空间中，为了理解它的特性，我们发现把这种力量叫做电荷是很有帮助的。原子核的电荷被定义为正电荷，是和电子这种负电荷相对立的电荷。基于异性相吸这一事实，原子核和围绕它的轨道电子之间的力量能阻止电子飞到空间里。
一个原子有很多轨道电子和正电荷，因此正电荷是零。当一个原子失去一个电子电荷平衡被破坏时，这个原子就带正电。在这种情况下，原子被叫做正离子。相反地，当一个原子获得一个电子时，电荷平衡再次被破坏，原子就带负电，像这样的原子就被叫做负离子。
导体，绝缘体，半导体
任何允许电子在其内部结构自由移动的的物质被叫做导体。一般来说，金属是良导体。在良导体和它们的原子结构间存在着一定的关系。在良导体中最外环电子又被叫做价电子，它们可以相对容易地从轨道中释放出来。原子有三层外环电子，因此大多数金属都是良导体。
禁止电子在内部结构移动的物质被叫做绝缘体。在绝缘体的外环很少有逃离的电子。没有完美的绝缘体：第一，因为杂质的存在（外来物质），这些杂质很难被完全去除；第二，因为即使是很少的热量也能引起大量价电子脱离它们的原子。
一般情况，绝缘体有非常稳定的原子结构，尤其是最外层结构是四个电子。这种结构没有容易去除的电子。碳和金刚石的混合物就是良好绝缘体的例子，它们有相似的原子结构。
半导体是一种很难产生电子的物质，因此不能被分类为导体或者绝缘体。一般情况，半导体不同于绝缘体在于半导体的外层电子更容易逃离它们的轨道。典型的半导体材料是锗和硅。
杂质可以添加在纯净的半导体中。这就导致半导体物质可以有过剩的自由电子或者缺乏轨道电子。当存在过剩的电子时我们称这种物质为N型；当缺少轨道电子时，我们称这种物质为P型。N型和P型半导体都可以通过向物质里加入杂质制成，例如向锗和硅里添加砷和铟。这种向半导体中加入杂质的过程被叫做掺杂。

C篇 二极管和三极管
基本晶体结点（或二极管）
当一个自由电子在半导体材料中遇到一个空穴，电子占了自由空间，正电荷或负电荷不再存在；因此呈电中性。当一个P型晶体和一个N型晶体被结合成单个的半导体，如图4.1，电流仅朝一个方向流动。例如，图4.2中的一个电源与一个半导体相连，半导体被称作正偏。
空穴通过源端正电荷被推向了结点 ，电子通过源端负电荷被拉向了结点。
在结点处，电子和空穴结合。电子进入半导体N端代替了那些和空穴结合的电子。同样地，剩余在P端的电子由于正电压的吸引从而生成新的空穴。电子的移动从电源负端出来经过PN结从半导体正端到电源正端，生成了电流的流动。因此当半导体是反偏时将有电流的流动。
当电源极性相反时，半导体被称作是反偏。空穴通过负电压离开结点的同时电子通过正电压离开结点。因此，在节点处有很少的或没有电子与空穴的结合，也没有电流的流动。
在实际应用中，总是有一些电子和空穴在结点附近。通过的很小的电流被称作漏电流或是在微安的水平上。
当P型或N型区域由同样的晶体构成，半导体被看做是二极管和整流器。两区域的边界被命名为一个PN结。P型区域端被称为阳极（正极），N型区域端被称为阴极（负极）。通常，当这样的半导体和信号一起作用，半导体被称作二极管或信号二极管。当元件被用于交流到直流的转变时，半导体被称作整流器。
基本的二结型或双极型晶体管
像二极管，三极管应用于阻止（或限制）电路的流动是单向的，然而，最初使用三极管来控制的电路中电流的大小。上一节所讨论的的是通过增加一个PN结到基本的二极管PN结。由于这个原因，像晶体管被称作两个PN结或双极型的晶体管。读者更倾向于前者的术语而不是后者通用的术语。
在晶体管中两个PN结，有两种可能的排列：NPN型，P型半导体材料(空穴)被放置于两个N型半导体材料（电子）之间；PNP型，N型材料(电子)被放置于两个P型材料（空穴）之间。
由于结点的排列，基本的二结型晶体管将有三个部分。这几部分，如图4.3的NPN的排列，发射电子的发射极；收集电子的集电极；通过控制基极两端的二结型电荷浓度来控制电子流动的基极。
图4.4展示出了在它的基本电路中二结型晶体管是如何工作的。如图所示，由于发射极-基极结点是正偏的，很容易有电流流过。由于集电极-基极是反偏的，没有电流通过（除了少量的漏电流）。(术语返回经常被用来代替反偏)。
对于NPN晶体管，不同于PNP晶体管应注意电压偏置的极性。然而，其净余的结果是相同的。比如，图4.4所示，发射极相对于基极(NPN)是负的形成正偏。在图4.4发射极相对于基极（PNP）是正的,同样是正偏。相似的尽管极性是相反的，NPN型,PNP型中集电极端是反偏。同样，应当注意，对正常工作的NPN管，其基极相对于发射极是正偏；相反的，PNP的基极相对于发射极是反偏（负的）。
（a） 基本二结型晶体管的操作。在二结型晶体管正常操作时，发射极-基极和发射极-集电极中有电流，而集电极-基极无电流。在发射极-集电极中大多数电流的流动是由于大的电压差之间存在这些元素(发射极-基极和发射极-集电极电压之和)。这使得大量电荷载体（PNP型的空穴正端或NPN结的电子负端）通过这个基地地区扩散，从发射极到集电极（反之亦然）。少量的电荷载体与基极电荷（NPN正端，PNP负端）相结合。
如果基极-发射极电流时增加的，大多数的电荷载体将从发射极发出供集电极使用。这能被实现，通过使PNP晶体管的基极更负或使NPN晶体管的正极更正。
如果基极-发射极电压是减少的，更少的电荷载体在发射极，在发射极-集电极有很少的电流流过。
由于很小的电压（锗管大约0.2V,硅管0.5V）,在发射极，能够提供大量的电流，晶体管的输入电流很低，在集电极电路流动着大多数发射极电流，电压变得更大，结果是，相对大的功率能被一个外部负载控制通过小功率的发射极电路（与一列的集电极相连）。晶体管功率的增益（功率的输出与输入之比），在一些应用中能达到40000甚至更高。
（b）基本NPN晶体管的操作。在一个NPN晶体管，基极-发射极正偏引起电子从发射极移动到基极，如图4.5所示。电子从薄基极区域到集电极区域，只有10%的电子与基极的空穴相结合。其余的90%的电子被集电极的正电压所吸引。在大多数二结型晶体管，基区被看做是保持基极电流最小的可能。可看做是基极材料中掺加了少量杂质，影响是基极材料是轻微P型，相比较而而言，发射极，集电极掺杂较多。
（c）基本PNP晶体管的操作。在一个PNP管，发射极-基极反偏引起空穴流入基极，如图4.5所示。基极相对是薄的（纯度高）因此大多数的空穴从基极到集电区。空穴被集电极负压端吸引，在电源端和电子中和。
（d）基本的二结型晶体管符号和参数。晶体管在简略图中由适当的符号所表示。很少情况下，由框图表示。图4.6表示出了NPN和PNP晶体管的基本的二结型晶体管符号和相对的框图表示。NPN和PNP晶体管的符号表示的唯一不同是发射极箭头的指向。NPN的箭头指向是远离基极而PNP是朝向基极。
通常，图4.6所示的字母c(集电极)，e（发射极），b（基极），省略了原理框图被识别的部分。
晶体管参数适当的字母分配是Q-晶体管应当被定义为Q1,Q2,Q101,Q301等等；然而，晶体管也能被定义为字母T甚至V,尽管这些参数是老式的。

第五单元 辅助程序
B篇 硬盘和光盘
硬盘驱动器提供更高的存储容量和更快的存储速度。在1973年由IBM公司研发出了硬盘。早期的硬盘是非常昂贵的，然而随着个人计算机的大量生产，现在一个硬盘只值200美元左右，他已经合并进了电脑硬件系统中。一个固定的硬盘有一个或多个涂了金属氧化物质的磁盘，允许信息以被磁化方式存储其上。存储系统包括磁盘，随机读写的头和驱动器与计算机的连接部分。
早期，磁盘驱动器的直径是14英寸，但是现在使用的有5 1/4 英寸，3 1/2 英寸，2 1/2 英寸，和1 4/5 英寸。和软盘驱动器比较，硬盘驱动器能存储从80M到80G甚至80T的信息。当购买硬盘时，要考虑它的存储容量和寻找时间即硬盘存取速度的测量。数字越小，光盘读取速度越快。在过去，65毫秒是标准存取时间，但是现在标准时间小于7毫秒。
如何在硬盘上存取数据
在硬盘上存储数据类似于在软盘上存储数据。为了在旋转的磁盘盘片表面读取或写入数据，磁盘驱动器被设计成具有存取和传动装置。存取臂或者驱动器在每一个光盘表面有一个或多个读写头。当光盘以一个高速旋转时通常每分钟3600转，读写头运动通过它的表面。这些读写头在高压气流上漂浮，移动时并不与盘片表面真正接触。头和磁盘表面的距离在10*10到20*10英寸之间。如果某种形式的污物被引进或因某些东西偶然冲击计算机使得读写头矩阵发生变更，磁头碰撞和损害磁盘表面引起数据丢失。这种情况被称为头损。由于需要时间来修理磁盘和重新构造丢失的数据，对使用者来说在时间和金钱上需花费很高的代价。
如何在硬盘上进行数据的物理组织
根据磁盘驱动器的类型，用两种方法中的一种将数据物理组织起来。一种方式是扇区，另一种是柱面。
把磁盘上的物理数据划分到磁盘表面的一些扇形储存区域中的磁道上，这个储存区域即扇区。每个扇区含有一个专门的字节数。当数据被储存时应指出在哪个表面，磁道和扇区。
至于柱面，每一个记录表面的同一个号码被认作同一柱面。例如，磁盘表面的第五磁道是第五磁柱的一部分。所有20磁道都是第二十磁柱的一部分等等。当计算机需要数据使用柱面，它必须指定这个柱面，记录表面和数字。因为存取臂包含了读写头一起运动，他们总是运动在磁盘表面的相同磁道。这样，使用柱面去记录数据于磁盘表面时可以减少读写头在读取和记录数据时的转动次数。
在个人计算机上使用硬盘的优点
个人计算机上的硬盘驱动器给用户提供了很多便利。由于它的大存储容量，一个硬盘能够存储许多软件应用程序和数据文件。当用户想要运行特殊的应用程序或者存取特殊的数据文件在硬盘上，都是可行的。用户不需要寻找适当的软盘插到驱动器中。此外，硬盘存取时间快减少了装载程序和存取数据所需的时间。
通过激光在硬的塑料盘的表面烧出一些微小的空来把大量的数据储存到光盘中。
一束低功率的激光通过在硬盘表面的反射光来读出磁盘上的数据。反射光被转换成一串能够被计算机处理的位。
一张完整的14英寸的光盘能够储存大小6 800 000 000个字节的信息。小一点的光盘，直径略小于5英寸，能够存储超过800 000 000个字节的内容或者大约是标准密度为3.5英寸的软盘存储数据的1100倍。那些空间足够存储将近400 000页的数据。更小的光盘被称为CD-ROM，是只读磁盘的缩写。他们将用于CD-ROM中的相同的激光技术运用到刻录音乐中已变得流行。
大多数的光盘都被预先刻录好，用户不能够自行修改。这种光盘用于信息量大，不需要经常更改信息内容的场合。比如，一个汽车零件目录，其中的信息是经过一段时间（如一年）才更改一次，需要更改时再制作一个新的光盘就可以了。那些提供一次记录的光盘装置被称为WORM器件，是一次写多次读的缩写。可擦除的光盘现在刚刚被使用。最常见的可擦写光盘驱动使用磁光技术，在这种技术中，磁场改变了磁盘上被激光加热的点的极性。
因为它们巨大的存储容量，整个目录或者参考材料都能被存储在单一的光盘上，一些人预测磁盘不久将取代胶带如微缩胶带来存储数据。
C篇 CD-ROM的简介
因为CD能够以数字形式存储音频，所以他们也适合存储其他类型的数字信息。在1984年，飞利浦和索尼发布了CD-ROM说明书，称作黄皮书。而在红皮书中定义了存储计算机数据的必要条件。
CD-ROM的物理参数和定义在红皮书中的是相同的。但这些数据使用起来是很困难的。虽然音频CD只能在一个速度播放出，但CD-ROM驱动器存在速度选择的范围，从正常速度到四倍于正常速度，到现在的52倍。引起速度加快，存取速度降低。
CD-ROM盘在两种重要的方式上不同于CD音频。在CD-ROM盘上的数据被划分成扇区，包含使用数据和别的用于控制和纠错的数据。CD-ROM上的数据保存在文件中。因此所有的CD-ROM需要一个文件系统使得计算机能够快速简便的存取所需文件。
用户通常不需要考虑扇区结构，只需知道CD-ROM上的文件结构。
为了使用CD-ROM，你需要购买CD-ROM驱动器（有时叫做CD读取器）并把它连接到电脑上。比起数据存储的其他形式，CD-ROM有它的优点和缺点。它能够存储650MB的数据，这等同于将软盘容量扩大500倍。在CD-ROM上的数据比存储在磁带上的存取速度更快，但是比硬盘来得慢。像音频CD你不能写在CD-ROM上（但是CD记录盘存在），因此他们都是预先被记录的。此外，CD-E（CD可擦写）现在已经被引进，能够重新在CD上记录数据。
当CD-ROM的速度不断加快，我们发现传统的读取技术已经接近界限。CAV（角速度不变）支配今天的CD-ROM驱动器，但是这个自然科技强加了性能最高限度。无论那部分被读取，CAV读取器都维持不变的转速，即RPM（每分钟转速）不变。这意味着为了提高驱动器的转速，必须提高RPM。在当前科技下由于机械的限制，CAV读取器达到56倍。平均转速大概是12,000PRM。和硬盘驱动器科技相比较我们发现只有西捷的15,000RPM为高转速。而工程师加入到设计制作坚固可靠的硬盘驱动器中，使得花70美元买的CD-ROM驱动器显得相形见绌了。CAV以及CD-ROM驱动器能够有多快，仍旧维持他们的烂便宜吗？

第六单元
B篇 脉冲编码调制原理
脉冲编码调制依靠三个独立的运作：采样，量化，编码。近年来，人们对这三个环节的实现提出了许多不同的方案，我们将对其中一些主要的方案进行讨论。在这些讨论中，我们会看到话路中的语音信号是如何转换成一个幅值序列的，而每个幅值又被编码，即以8位二进制数的序列表示。而且我们将证明，为了变换频率范围为300hz-3.4khz的话路信号，理论上的最小采样频率为6.8khz。但实际的设备通常采用8 kHz的采样速度，而如果采用8位每样本的值，则会出现重复速率为64 kHz的脉冲流。采样，量化和编码过程如图6.2所示。
再检查我们的简单例子表明最高频率为3.4KHZ 的语音信号已被频率为64KHZ的信号代替。然而，如果使用的每一个抽样值用四位表示，则传输质量下降，脉冲的重复速率将减少到32KHZ。因此传输质量依赖于脉冲重复速率，因此数字通信系统，这两个变量需要更搞笑的交换。
数字传输为克服噪声环境提供了一个有力的方法，噪声能够通过不同方面被引进到传输通道。或许通过附近的雷电，卡车引擎，或者通讯设备本身内部的热低平噪声。有用信号和噪声信号之比被认作信噪比，是通信工程师最重视的性能指标。总的来说，如果比较于噪声点平，信号要大的多，那么完美的信号将产生，然而这不是经常出现的。例如从位于遥远的外太空中的卫星接收信号的信号时相当微弱的，其电平仅比噪声稍高一点。上面情况在地面系统也被发现。尽管信号强，但是噪音也强。
如果我们考虑二进制传输，关于特殊内容的完整信息将通过简单检测脉冲的存在与否来获得。相比之下，许多其他形式的传输系统是利用被传输信号的波形或电平的高低来传送信息的，而这些参数有极易在传输路径中的噪声和衰减的影响。因此选择数字传输对于克服噪声环境存在内在的优势。
直到目前为止，在讨论我们假定每个声音信道有其各自的编码器，编码器将抽样幅度值变换成一串脉冲，而解码器则执行相反的操作。但不是非要如此，系统操作在单一信号被分享在24 30 甚至120个分开信道中。一个高速的电子开关被用来接收每个信道上的模拟信号，对于解码器爷是如此。之后这采集的信号被用来进行连续幅度值得采样，然后有用的信号被编成8位序列。这样输出的信号就被看成是8个于信道1信道2等等有关系的脉冲序列。这样的功能块被称为时分多路转换器，结构说明如图6.3.多路传送的原理应用源于字的交错排列。因为字和8位序列在时间上是交错的。
在接收端，多路解码器把离散的8位序列排列到相对应的信道中。读者可能会问，解码器如何知道哪一端8位序列对应信道1信道2或者其他。注意，这个相当重要。这个问题很容易解决通过专用帧格式：在每一帧的开始有一唯一的被称为帧码或者同步字的序列脉冲被放置用来识别一帧的开始。解码器的一个电路被安排用来检测同步字，因此它知道下一个8位序列组位于信道1.在最后的信道中同步字再次说明出现接受完毕了。

C 信源
语音和音乐
远距离通信环境受四个重要的信源决定：语音 音乐 图像 计算机数据。信源被称为载有信息的的信号。信号被定义为按独立变量规则的单值时间函数。在每一瞬间。函数有唯一的值。在语音，音乐或者计算机数据的情况下，信号能够在一维中表达；图片在二维中表达，视频能在三维中表达；大量的随时间变化的数据能在四维表达。下面，我们深入分析不同信源。
语音是人类最原始的交流方式，尤其在语音交流过程中涉及说话者和听者之间的信息翻译，这个过程涉及三个连续的过程。
产生。一个说话者的想法的信息被语音信号表达，这种语音是气体在声道中震动按照一定的信号规则产生的。
传播。声音以300M/S的速度通过空气传播到达听者的耳朵。
感知。进入耳朵的声音被听者翻译成可以接受的信息，这样就完成了信息从说话者到听者的完整的传送。
语音产生过程被看做是声源进入声道滤波器的一种滤波形式声道由不同的跨越局部区域的管道组成，开始于声门（即声带开始的地方）结束于嘴唇。当声音沿着声道传播时，频谱通过声道的频率选择性而形成；这个效果有点类似于共振：在器官管道上观察现象。记录中最重要的一点是语音功率谱（即长期平均功率对频率的分布）在零频率和在几百HZ附近达到峰值时接近于零。然而进一步来看，我们记住了听力感知对频率是非常敏感的。此外，考虑到通信系统类型在通讯过程中所必须的频带上有一个重要纽带。例如，如同前面所提到的，300HZ到3100HZ的频带被认为是在商业电话通信中是适当的。
第二个信源，音乐，来源于例如钢琴，小提琴和笛子等仪器。音调的产生是通过音乐设备持续在一个短时间段内如在钢琴上按了一个键，或持续在一个长时间段内如在例子中的笛子演奏者能够保持长音调。典型的，音乐有两种结构：有声音的时间顺序组成的旋律结构和有一组同时的声音组成的和音结构。类似于语音信号，音乐信号也是两极的。然而，音乐信号不同于语音信号，因为它占有的频谱宽得多，可向上扩展到15KHZ。因此，在传输时音乐信号需要比语音信号更宽的信道带宽。
图像
第三个信源，图像，依靠人类的视觉系统来感知。图像可以运动，像电视，也可以静止，像传真。对于电视机，运动图像变换成电信号使得从发射到接收的传送方便。如此做，每张完整图像被有序扫描。扫描过程在电视照相机中执行。对于黑白电视机，照相机包含光学设计将聚焦一个影像在由大量光敏材料组成的光阴极上。如此产生的电荷模式通过电子束在光敏表面上进行扫描，产生了一个输出电流。该电流随着原图像的亮度在空间上从一点到另一点的变化而变化。这样所产生的输出电流被称为影像信号。在电视中所用的扫描类型是一种被称作光栅扫描的空间抽样形式，该类型将二维图像强度变换为一维信号波形；这有点类似于我们读的印刷文章，一行一行，从左到右的执行扫描。在北美，模拟电视的图像被分成525行，而组成一帧。每一帧被分解为两个交错的场，每一个场有262.5行。为了表示方便，看做是场1和场2.。扫描过程如图6.4的说明。场1的每行用实线来表示，场2用虚线来表示。每场的开始和结束都如图。场1先扫描。电视摄像机的扫描点以不变的速度移动从左到右越过每一行，在点中心的影像强度被测量；扫描点本身因局部平均空间而产生部分响应。当到达一行的末尾时，扫描点飞回（在水平方向）到下一行的起始。飞回被称作是水平回扫。
以上描述的扫描过程继续进行直到整个场被考虑到。当着中方式完成时扫描电从场1的终点快速移动到场2的起点。第二次飞回称作垂直回扫。场2的处理方式与场1相同。每一场的扫描所花的时间为1/60S，相应的一帧或一副完整的图像的扫描所花的时间为1/30S，一帧有525行，每一行扫描频率为15.75khz，因此在电视接收机的显像管上每秒闪现30幅静止的图像。对于人眼感知来说是动态的图像。这种现象被认为是视觉暂留。在水平和垂直回扫间隙间，由于发射机上产生消隐脉冲，显像管不工作，而且在发射机和接收机上的各种扫描操作是利用在消隐期内发射的专门脉冲来同步完成的。
这样同步脉冲不会显示在再生图像上。再生后的电视图像质量两个因素制约：1 光栅扫描中可能的行数值，限制了图像在垂直方向上的分辨率。2 传输影像信号的信道宽度，限制了图像在水平方向上的分辨率。
对于每个方向来说，在黑白间的行最大数目的交错用分辨率来表示。通过观察者来分辨电视图像移动主要方向。在NTSC标准，即北美标准中，其参数值使用影像宽度为4.2mhz向下扩展到0hz。此宽带的幅度标准大于语音信号。。注意的是语音信号是和音，而图像信号是依赖于本身固有的频率，即灰度。
在彩色电视机中，彩色的感知是基于人眼的三种颜色类型：红 黄 蓝。他们的波长分别是570nm,535nm,445。这三种颜色被认为是基色，因为自然界中能发现的颜色都能通过这三种颜色叠加混合而近似产生。这种物理本质的确是商业电视广播传输的基础。三基色通过影像信号mr(t) mg(t) mb(t)分别表示。为了保存带宽和产生的图像在黑白电视接收机上也能看到，通过由mr(t) mg(t) mb(t)构成独立线性组合的三个信号，使得三基色的传输得以实现。这三个信号如下：
亮度信号 当在普通的单色电视接收机上接收时，ml(t)产生了彩色图像的黑白效果
色度信号 mi(t) mq(t)指出了将背景图像从灰度图像中分离开来的方法。
亮度信号ml(t)的整个宽度为4.2mhz 因为人视觉的某种特性，试验显示出如果色度信号mi(t),mq(t)达最小宽度1.6mhz和0.6mhz时可能产生的满意的彩色。
再来看看传真机，它的目的是在通讯信道（最值得注意的是电话信道）上传输静止的图像。对于能将手写或印刷文本从一点传到另一点这样的设备是非常收欢迎的，而传输文本像传输图像一样简单。对于由传真机是来自于在扫描原始文件时利用传感器把扫描到的光信号转变成的电信号。
计算机数据
到现在，个人计算机已经成为我们生活中重要的部分。我们利用计算机发送电子邮件，交换软件和共享资源。计算机文本通过使用ASCII进行编码，那是第一个被研发出来专门用于计算机通讯的代码。每一个字符用7位二进制数0和1表示在ASCLL码中，一共有128个不同的字符在ASCLL码中被表示。这些字符包括英文的大写 小写，数字，专用控制符和常用的标点符号如@，$，和%。一些特殊的控制符如BS(空格)和CR（回车）被用于控制字符在一页的印刷。其它字符如ENQ（咨询）和ETB（传输框结束）是用于传输交流的字符。这7位二进制数被有序的排列，从最高有效位开始到最低有效位结束。如6.5图的说明。在数据的结束会有一个额外的为b1用来错误检测。这个错误检测位称为校验位。一个有序的8位二进制数称为一个字节或者八位字节。这校验字节是找每一个字节中所有的1的总数，奇数就是奇数校验，偶数就偶数校验。设想，在通讯协议运用偶数校验，则校验位为0 当数据中1的总数为偶数 如果总数为奇数则校验位为1。因此 如果在信道中数据接收到错误，则违背了偶数校验原则。然后通过再次传输来检测并且纠正。个人计算机大多数是用的RS—232标准。当ASCLL码利用这些标准被传输时，先设置开始位为0然后一个或者多个位为1，如图6.5所示，加入对应的字符帧中。当传输值为空时，一长串的1被传输以保持传输电路的实时连接。在图6.5中，符号0和1表示高电平和低电平。他们有时也表示为空和信号。最新的术语都是来源于那时的电报。文本在准备好后被储存然后被发送到通信信道中（一个电话通道）一次发送一个字符。这种传送数据的方式成为异步发送，与之相对的是同步发送，即所有的序列编码被发在一个宽的发送信道中。有一个混合的异步和同步端产生编码字符在数据多路传输器中结合。如此形成的多路数据流然后被加到一个被叫做调制解调器的器件上作为目标信号加到信道中。
总之，计算机产生数据和电视信号都是宽带信号，那样他们的功率占有一个很宽的频带。此外数据在个人电脑间传送最重要的特征是具有突发性，就是信息在从一个终端传送到另一个终端是突发的，而且在两次突发之间没有规则的周期。甚至，包括电脑或其他在内的通讯都倾向于具有突发性。这是形成对比,由于声音或互动视频在数字传输网络,相对来说是连续的。
此外我们运用计算机来下载那些来自远处服务供应商的压缩的文本 语音和视频数据。数据压缩提供了一种采用最小数据储存和传送的手段。一个数据压缩系统中包括编码和解码两个过程。数据流的压缩和重构是被分别执行的。基本上，数据压缩有两种方式：1 无损压缩，即去除数据中冗余的信息，留下有用的信息。这种压缩方式被称为无损的，因为它完整的把原始数据准确的还原。无损压缩也被作为数据压缩的标准。2 有损压缩，即在可控的范围内丢失信息。这种压缩不能被完整的还原。有损压缩相对于无损压缩能够得到的压缩比更大。
JPEG和MPEG
在如今的市场情形下已经产生了涉及存储和传输的数学语音图像应用，我们需要标准的压缩算法使得设备的交互能力能够通过不同的方式产生。在这篇文章中，提及三种著名的标准压缩算法来满足不同的需求。
JPEG图像编码标准被制定出来，利用人的视觉系统的限制，压缩全彩和灰色等级的自然真实场景的图像。JPEG表示联合图像专家组。在编码的输入上，图像元素或像素组成了8*8块，用于傅里叶变换中的一种即离散余弦变换DCT。离散余弦变换将每一个像素块分解成64个系数，紧密地满足两个关系目标：（1）系数应尽可能不相关；（2）输入信号的能量应尽可能的装在最小的系数中。在编码中的下一个操作是将64个离散余弦变换系数进行量化。在JPEG中，用户提供量化表作为编码器的输入端与此同时量化被执行。表中的每一个元素是从1到255的整数，是特定的DCT系数，且依次将每个量化DCT系数用一个8位码字表示。实际上量化的目的是为了丢掉那些不能被感觉和识别的信息。量化是多对1的映射，也是编码器主旨的主要源。在编码器中的最终操作是霍夫曼编码，将在后面讨论的一种熵编码的形式。Ruffian编码根据编码器中量化的DCT系数的统计特性得到了一种无损压缩的附加数据压缩方式。在解码器中，数据重构通过一系列与编码器想反的操作执行，被称为是根据量化表进行的霍夫曼解码，是DCT的逆变换。
MPEG图像编码标准根据最初的将每秒30帧的图像信号压缩到以每秒1.5M速率运行的位流中而被设计出来；MPEG表示运动图像专家组。MPEG图像编码标准取得这样一个设计目标，利用在图像数据中内部存在的四个冗余的基本形式：（1）帧间冗余；（2）像素间冗余；（3）神经性视觉冗余；（4）熵编码冗余。通过利用帧间冗余来区分MPEG和JPEG。规定在图像序列中相邻帧间高度相关。平均意义上来说，高度相关的意义是从一帧到另一帧图像信号不会改变很快，结果是相邻帧的不同之处是它的改变（即平均功率）要比图像信号本身的改变小得多。因此，帧间冗余度能够被实际减少使之更有效的压缩图像信号。减少量是通过从一帧到相邻一帧的估计预测来取得的。而预测误差用于动态估计和补偿来传输。预测是非线性的，是依靠问题本身的性质。对于JPEG，通过结合使用DCT和熵编码，混合冗余度在减少。净结果是整个运动图像变成1.5Mbps的计算机数据流，能够被存储在光盘或文本