Λύσεις ερωτήσεων κεφ. 9 (σελ. 315) – ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΚΑΙ ΛΗΨΗΣ Γ΄ ΕΠΑΛ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΚΑΙ ΛΗΨΗΣ Γ΄ ΕΠΑΛ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΚΑΙ ΛΗΨΗΣ Γ΄ ΕΠΑΛ – ΛΥΣΕΙΣ – ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Ασκήσεων Σχολικού Βιβλίου Λύσεις ερωτήσεων κεφ. 9 (σελ. 315) – ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΚΑΙ ΛΗΨΗΣ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις ερωτήσεων κεφ. 9

Πλήρεις λύσεις και των είκοσι δύο ερωτήσεων του κεφαλαίου 9 — ψηφιακό τηλεπικοινωνιακό σύστημα, πηγή διακριτών πληροφοριών, σήμα NRZ, δειγματοληψία και PCM, κριτήρια Nyquist και Shannon, ψηφιακές διαμορφώσεις OOK, FSK, BPSK και QPSK, σύγχρονη αποδιαμόρφωση και επαναμορφοποίηση παλμών, τηλεκείμενο, τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας, συμπίεση δεδομένων με JPEG, MPEG και MP-3, και αμφίδρομη τηλεόραση.

Ερώτηση 1 — Το γενικό διάγραμμα ψηφιακού τηλεπικοινωνιακού συστήματος

Ερώτηση: ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΥΤΟΕΞΕΤΑΣΗΣ: 1. Να σχεδιαστεί το γενικό διάγραμμα ενός ψηφιακού τηλεπικοινωνιακού συστήματος.

Απάντηση:

Το διάγραμμα (Σχ. 9.1.1, σελ. 288)
```
 [Πηγή διακριτών]──►[Κωδικοποίηση]──►[Διαμόρφωση]──► RF
  πληροφοριών          καναλιού         φέροντος      │
                                                      ~~~~►
                                                      │
 [Πληροφορία]◄──[Αποκωδικοποίηση]◄──[Αποδιαμόρφωση]◄──[Λήψη RF]
```
Τα στάδια | # | Στάδιο | Ρόλος | |---|---|---| | 1 | πηγή διακριτών πληροφοριών | το πρώτο στάδιο αντιπροσωπεύει την πηγή των διακριτών συμβόλων ή καταστάσεων (σελ. 288) | | 2 | κωδικοποιητής καναλιού | τα διακριτά σύμβολα της πηγής να υποστούν ψηφιακή κωδικοποίηση, έτσι ώστε να αντιπροσωπευθούν στη συνέχεια από ένα συγκεκριμένο αριθμό (ομάδα) ψηφιακών δυαδικών στοιχείων (παλμών, bits) (σελ. 288) | | 3 | διαμόρφωση φέροντος | αφού διαμορφώσουν ένα φέρον σήμα, θα ταξιδέψουν στο κανάλι μετάδοσης | | 4 | λήψη RF και αποδιαμόρφωση | στον δέκτη | | 5 | αποκωδικοποίηση | λήψη της κωδικοποιημένης πληροφορίας, αποκατάστασης των συμβόλων και σύνθεσης της πληροφορίας (σελ. 289) |

Η βασική διαφορά από το αναλογικό σύστημα (σελ. 287-288): στις ψηφιακές επικοινωνίες η μετάδοση αφορά διακριτά σήματα, που συνήθως ονομάζονται σύμβολα… Το σύνολο των διακριτών συμβόλων αποτελούν για το ψηφιακό τηλεπικοινωνιακό σύστημα την πηγή της πληροφορίας (σε αντίθεση με το αναλογικό φυσικό δεδομένο στα αναλογικά συστήματα πληροφοριών).

Η σημασία της κωδικοποίησης (σελ. 289): ο τρόπος κωδικοποίησης της πληροφορίας είναι από τις βασικότερες διεργασίες σ' ένα ψηφιακό τηλεπικοινωνιακό σύστημα. Η κωδικοποίηση γίνεται με τρόπο που να επιτρέπει την ανίχνευση ενδεχόμενων λαθών στην αποκωδικοποίηση του σήματος. Επιπλέον στο κωδικοποιημένο σήμα ενσωματώνονται οι βοηθητικές πληροφορίες χρονισμού των κυκλωμάτων του δέκτη… (π.χ. ρολόι χρονισμού ή παλμοί έναρξης-start και τέλους-stop του κωδικοποιημένου συμβόλου).

Το παράδειγμα κώδικα (σελ. 288): είναι γνωστός από τα μαθήματα ψηφιακών ηλεκτρονικών ο κώδικας ASCII (8 bits) που χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση όλων των γραμμάτων του αλφαβήτου, των αριθμών 0-9, των σημείων στίξης και διάφορων βοηθητικών λειτουργιών.

Οι δύο δυνατότητες μετάδοσης (σελ. 290) | Τρόπος | Περιγραφή | |---|---| | μετάδοση βασικής ζώνης | στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι να στέλνονται απ' ευθείας τα ψηφιακά δυαδικά στοιχεία της κωδικοποιημένης πληροφορίας… μαζί με τα απαραίτητα σήματα χρονισμού | | με διαμόρφωση φέροντος | η κωδικοποιημένη πληροφορία διαμορφώνει ένα χαρακτηριστικό ημιτονικού φέροντος, δηλαδή το πλάτος, τη συχνότητα ή τη φάση |

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το γενικό διάγραμμα ενός ψηφιακού τηλεπικοινωνιακού συστήματος περιλαμβάνει, στην πλευρά του πομπού, την πηγή διακριτών πληροφοριών, τον κωδικοποιητή καναλιού και τη βαθμίδα διαμόρφωσης του φέροντος· και στην πλευρά του δέκτη, τη λήψη του ραδιοσυχνοτικού σήματος, την αποδιαμόρφωση και την αποκωδικοποίηση, από την οποία προκύπτει η πληροφορία. Το πρώτο στάδιο αντιπροσωπεύει την πηγή των διακριτών συμβόλων ή καταστάσεων, σε αντίθεση με το αναλογικό φυσικό δεδομένο των αναλογικών συστημάτων. Στο δεύτερο στάδιο τα διακριτά σύμβολα υφίστανται ψηφιακή κωδικοποίηση, ώστε να αντιπροσωπευθούν από συγκεκριμένο αριθμό δυαδικών στοιχείων· η κωδικοποίηση γίνεται με τρόπο που επιτρέπει την ανίχνευση λαθών, ενώ στο σήμα ενσωματώνονται και οι βοηθητικές πληροφορίες χρονισμού, όπως το ρολόι ή οι παλμοί έναρξης και τέλους. Στον δέκτη ακολουθεί η αντίστροφη διαδικασία. Η μετάδοση μπορεί να γίνει είτε στη βασική ζώνη είτε με διαμόρφωση φέροντος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 2 — Η πηγή διακριτών πληροφοριών

Ερώτηση: 2. Πώς ορίζεται η πηγή διακριτών πληροφοριών.

Απάντηση:

Ο ορισμός (σελ. 288): το σύνολο των διακριτών συμβόλων αποτελούν για το ψηφιακό τηλεπικοινωνιακό σύστημα την πηγή της πληροφορίας (σε αντίθεση με το αναλογικό φυσικό δεδομένο στα αναλογικά συστήματα πληροφοριών).

Το παράδειγμα (σελ. 288): το σύνολο των γραμμάτων του αλφαβήτου και το σύνολο των σημείων στίξης που αρκούν για τη διατύπωση και τη μετάδοση του γραπτού λόγου (κειμένου) αποτελούν διακριτή πηγή πληροφορίας, σε αντίθεση με τη συνεχή (αναλογική) πηγή φυσικών δεδομένων, που είναι ο προφορικός λόγος.

Ο χαρακτηρισμός της (σελ. 289): η πηγή διακριτών συμβόλων χαρακτηρίζεται από το σύνολο των συμβόλων που περιλαμβάνει. Θεωρώντας Κ το σύνολο των διαφορετικών καταστάσεων (συμβόλων) μιας πηγής, ως ποσότητα επιλογής (decision content) της πηγής ορίζουμε τη δυνατότητα που έχει να βρεθεί σε μια από αυτές τις καταστάσεις. Ποσοτικά η απόφαση επιλογής εκφράζεται από τη σχέση
```
D = log2K              (1)
```
και εκφράζει έμμεσα τον αριθμό των δυαδικών συμβόλων '0' και '1' που απαιτούνται για την κωδικοποίηση της κάθε κατάστασης (bits/σύμβολο).

Τα παραδείγματα του βιβλίου (Εφαρμογή, σελ. 289) | K | D | Παράδειγμα | |---|---|---| | 2 | 1 | η επιλογή «άσπρου», «μαύρου»: Το άσπρο κωδικοποιείται από το δυαδικό '0'. Το μαύρο από το δυαδικό '1' | | 4 | 2 | για σύνολο τεσσάρων συμβόλων A, Β, Γ και Δ μπορεί να χρησιμοποιηθεί η κωδικοποίηση αντίστοιχα (00), (01), (10), (11) | | 8 | 3 | απαιτούνται 3 bits για την κωδικοποίηση | | 256 | 8 | αντίστροφα σκεπτόμενοι με D = 8 (δηλαδή 8 bits) μπορούν να κωδικοποιηθούν Κ = 2⁸ = 256 ανεξάρτητα σύμβολα μιας πηγής |

Η αντιδιαστολή με το αναλογικό (σελ. 287): σ' αυτές το βασικό σήμα στην έξοδο του μικροφώνου ή της κάμερας είναι αναλογικό (συνεχής συνάρτηση) και αντιπροσωπεύει το φυσικό δεδομένο, τον ήχο ή την εικόνα.

Πώς προκύπτει από αναλογικό σήμα (σελ. 291): με δειγματοληψία και κβαντοποίηση — τα δείγματα του σήματος λαμβάνονται με διακριτές στάθμες πλάτους (κβαντοποιείται η τιμή τους με την επιθυμητή ακρίβεια ΔV). Έτσι αποτελούν πλέον την πηγή των διακριτών καταστάσεων (συμβόλων).

Η ανακεφαλαίωση (σελ. 313): σ' ένα ψηφιακό τηλεπικοινωνιακό σύστημα η προς μετάδοση πληροφορία είναι πάντοτε διακριτά σύμβολα. Το πλήθος των διακριτών συμβόλων αποτελεί το «αλφάβητο» της ψηφιακής πληροφορίας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Πηγή διακριτών πληροφοριών ορίζεται το σύνολο των διακριτών συμβόλων που αποτελούν, για ένα ψηφιακό τηλεπικοινωνιακό σύστημα, την πηγή της πληροφορίας, σε αντίθεση με το αναλογικό φυσικό δεδομένο των αναλογικών συστημάτων. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το σύνολο των γραμμάτων του αλφαβήτου και των σημείων στίξης, που αρκούν για τη διατύπωση και τη μετάδοση του γραπτού λόγου, σε αντίθεση με τη συνεχή αναλογική πηγή που είναι ο προφορικός λόγος. Η πηγή χαρακτηρίζεται από το πλήθος K των διαφορετικών καταστάσεων που περιλαμβάνει· ως ποσότητα επιλογής ορίζεται η δυνατότητά της να βρεθεί σε μία από αυτές, και εκφράζεται ποσοτικά από τον λογάριθμο του K με βάση το δύο, εκφράζοντας έμμεσα τον αριθμό των δυαδικών συμβόλων που απαιτούνται ανά σύμβολο. Έτσι, για δύο καταστάσεις αρκεί ένα bit, για τέσσερις χρειάζονται δύο, για οκτώ τρία, ενώ με οκτώ bits κωδικοποιούνται διακόσια πενήντα έξι ανεξάρτητα σύμβολα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 3 — Η χρονική εικόνα ψηφιακού σήματος NRZ

Ερώτηση: 3 Να σχεδιαστεί η χρονική εικόνα ενός απλού ψηφιακού σήματος (NRZ).

Απάντηση:

Ο ορισμός (σελ. 288): στο σχήμα 9.1.2 παρουσιάζεται ένα απλό δυαδικό σήμα από διαδοχικά στοιχεία '0' και '1', που εναλλάσσονται χωρίς νεκρό χρόνο μεταξύ τους (σήμα NRZ: Non Return Zero).

Η χρονική εικόνα (Σχ. 9.1.2, σελ. 289) — για την ακολουθία 1 0 0 1 1 0 1 0
```
     1   0   0   1   1   0   1   0
    ┌───┐       ┌───────┐   ┌───┐
    │   │       │       │   │   │
 ───┘   └───────┘       └───┘   └─────► t
    |Tb |Tb |Tb |Tb |Tb |Tb |Tb |Tb |
```
Η ερμηνεία της ονομασίας: NRZ = Non Return to Zero — το σήμα δεν επιστρέφει στο μηδέν ανάμεσα σε διαδοχικά bits· δύο διαδοχικά '1' δίνουν μια συνεχή στάθμη διάρκειας 2Tb, χωρίς ενδιάμεση πτώση.

Το χαρακτηριστικό (σελ. 288): εναλλάσσονται χωρίς νεκρό χρόνο μεταξύ τους — δηλαδή κάθε bit καταλαμβάνει ολόκληρη τη διάρκεια Tb που του αναλογεί.

Η σχέση με τον ρυθμό (σελ. 292): αν η διάρκεια εμφάνισης κάθε συμβόλου είναι Ts, τότε Rs = 1/Ts — για δυαδικό σήμα (K = 2) R = Rs.

Το φασματικό πρόβλημα (σελ. 293): τα σήματα που παρουσιάζουν ασυνέχειες (δηλαδή, τα παλμικά σήματα) έχουν άπειρο εύρος φάσματος και, όταν διέρχονται από το οποιοδήποτε σύστημα (με περιορισμένη ζώνη διέλευσης Β), υφίστανται παραμορφώσεις… Συγκεκριμένα, υφίστανται διαπλάτυνση, με αποτέλεσμα, αν ο ρυθμός μετάδοσής τους είναι μεγάλος, τα σύμβολα να αλληλοκαλύπτονται σε μεγάλο βαθμό (αλληλοπαρενοχλούνται: interference symbol) και ο δέκτης δεν μπορεί να τα αποκωδικοποιήσει ως ανεξάρτητα διαδοχικά σήματα.
```
 (α) ιδανικό:   ┌──┐  ┌──┐
 (β) περιορ.:   ╱╲   ╱╲     ← διαπλάτυνση
 (γ) έντονο:    ╱▔▔╲╱▔▔╲    ← αλληλοκάλυψη
```
Η πρακτική συνέπεια (σελ. 294): στην πράξη τα τηλεπικοινωνιακά κανάλια υστερούν σε επιδόσεις. Στις περισσότερες πρακτικές περιπτώσεις θεωρούμε ότι Rs = 1,25Β (ή Β = 0,8Rs).

Η ανάγκη επαναμορφοποίησης (σελ. 300): γι' αυτό ακριβώς στην έξοδο του αποδιαμορφωτή συνήθως οι παλμοί (η ψηφιακή πληροφορία) εμφανίζονται παραμορφωμένοι, λόγω του περιορισμού που υπέστη το φάσμα τους στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι. Γι' αυτό πάντοτε μετά την αποδιαμόρφωση ακολουθεί στάδιο επαναμορφοποίησης των παλμών.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το σήμα NRZ, από το Non Return to Zero, είναι ένα απλό δυαδικό σήμα δύο καταστάσεων, στο οποίο τα διαδοχικά στοιχεία μηδέν και ένα εναλλάσσονται χωρίς νεκρό χρόνο μεταξύ τους. Η χρονική του εικόνα είναι μια σειρά ορθογώνιων σταθμών: για κάθε δυαδικό ένα το σήμα βρίσκεται στην υψηλή στάθμη για ολόκληρη τη διάρκεια του bit, και για κάθε μηδέν στη χαμηλή· έτσι, δύο διαδοχικά άσσοι δίνουν μια συνεχή υψηλή στάθμη διπλάσιας διάρκειας, χωρίς ενδιάμεση επιστροφή στο μηδέν, εξ ου και η ονομασία. Η διάρκεια κάθε συμβόλου συνδέεται με τον ρυθμό μετάδοσης, αφού ο ρυθμός ισούται με το αντίστροφο της διάρκειας. Επειδή όμως τα παλμικά σήματα παρουσιάζουν ασυνέχειες και έχουν θεωρητικά άπειρο εύρος φάσματος, όταν διέρχονται από κανάλι περιορισμένης ζώνης υφίστανται διαπλάτυνση και τα σύμβολα αλληλοκαλύπτονται· γι' αυτό μετά την αποδιαμόρφωση ακολουθεί πάντοτε στάδιο επαναμορφοποίησης των παλμών.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 4 — Δειγματοληψία και κωδικοποίηση αναλογικού σήματος

Ερώτηση: 4. Να περιγραφεί σχηματικά η διαδικασία της δειγματοληψίας και κωδικοποίησης ενός αναλογικού σήματος.

Απάντηση:

Η ανάγκη (σελ. 290): στην περίπτωση που θέλουμε με ψηφιακό τηλεπικοινωνιακό σύστημα να μεταδώσουμε αναλογικά σήματα, π.χ. φωνή ή εικόνα, προηγείται η διαδικασία μετατροπής του αναλογικού σήματος σε διακριτό σήμα, το οποίο στη συνέχεια κωδικοποιείται με ψηφιακά δυαδικά σύμβολα.

Το σχήμα (Σχ. 9.1.3, σελ. 290)
```
 s(t) ──►[◦ ◦ διακόπτης]──► s΄(t) ──►[κβαντοποίηση]──►[κωδικοποίηση]──► D bits
              ▲
           Δ(t) παλμικό σήμα δειγματοληψίας

 s(t):   ╭─╮   ╭╮        s΄(t):  │ │ │ │ │ │ │
        ╱   ╲ ╱  ╲               │ │ │ │ │ │ │
       ╱     ╰    ╲              K1 K2 K3 ... Kn
```
Η διαδικασία (σελ. 290): το αναλογικό σήμα αντικαθίσταται από ένα σύνολο διακριτών δειγμάτων που λαμβάνονται σε τακτά χρονικά διαστήματα, αφού το σήμα πολλαπλασιάζεται με ένα παλμικό σήμα Δ(t) που ελέγχει το διακόπτη.

Η συνθήκη (σελ. 290, Εξ. 2): αν η συχνότητα του παλμικού σήματος Δ(t), που ονομάζεται «συχνότητα δειγματοληψίας», ικανοποιεί τη συνθήκη
```
fΔ ≥ 2Fmax
```
(όπου Fmax η μεγίστη συχνότητα του αρχικού βασικού σήματος s(t)), αποδεικνύεται ότι το σήμα s΄(t) που προκύπτει απ' αυτή τη διαδικασία περιέχει την ίδια ποσότητα πληροφορίας με το αρχικό σήμα και μπορεί να το αντιπροσωπεύσει στην περαιτέρω διαδικασία μετάδοσης. Το παράδειγμα (σελ. 291): στην τηλεφωνία, όπου Fmax = 3400 Hz, επιλέγεται συχνότητα δειγματοληψίας fΔ ≈ 7 kHz.

Η κβαντοποίηση και η κωδικοποίηση (σελ. 291): τα δείγματα του σήματος λαμβάνονται με διακριτές στάθμες πλάτους (κβαντοποιείται η τιμή τους με την επιθυμητή ακρίβεια ΔV). Έτσι αποτελούν πλέον την πηγή των διακριτών καταστάσεων (συμβόλων) και κωδικοποιούνται μ' ένα σύνολο από D bits. Αυτή η κωδικοποίηση, γνωστή με τον όρο PCM (Pulse Code Modulation), αποτελεί την προς μετάδοση ψηφιακή πληροφορία.

Το πλήρες παράδειγμα του βιβλίου (σελ. 291): πειραματικά έχει αποδειχθεί ότι η δυναμική ενός ακουστικού σήματος είναι της τάξης των 30 dB… Το πείραμα επίσης έχει επιβεβαιώσει ότι η ευαισθησία του ανθρώπινου αισθητηρίου της ακοής είναι της τάξης των 2 dB… μπορούμε να κβαντοποιήσουμε τις διάφορες στάθμες με ακρίβεια (βήμα) 2 dB.
```
Κ = 30/2 = 15 διακριτές καταστάσεις
D = log2K = log2 15 ≅ 4 bits/δείγμα
R = 7 × 10³ × 4 = 28.000 bits/sec
```
Ο ορισμός του ρυθμού (σελ. 292): το γινόμενο του αριθμού των διακριτών δειγμάτων ανά μονάδα χρόνου (Rs: Symbol Rate) με το πλήθος των απαιτούμενων bits ανά δείγμα δίνει το διαθέσιμο προς μετάδοση πλήθος bits ανά μονάδα χρόνου (ρυθμός bits: Bit Rate).

Ο ελάχιστος αριθμός δειγμάτων (σελ. 291, Εξ. 3)
```
Rs = RΔ = fΔ = 2Fmax
```
Η ανακεφαλαίωση (σελ. 313): πρόκειται για τη διαδικασία που επιτρέπει να αντικαταστήσουμε το αρχικό βασικό αναλογικό σήμα, χωρίς να χάσουμε πληροφορία, μ' ένα νέο ψηφιακό σήμα που προσφέρεται για μετάδοση με ψηφιακό σύστημα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η διαδικασία γίνεται σε τρία στάδια. Πρώτον, η δειγματοληψία: το αναλογικό σήμα αντικαθίσταται από σύνολο διακριτών δειγμάτων που λαμβάνονται σε τακτά χρονικά διαστήματα, καθώς το σήμα πολλαπλασιάζεται με ένα παλμικό σήμα που ελέγχει έναν διακόπτη. Απαραίτητη συνθήκη είναι η συχνότητα δειγματοληψίας να είναι τουλάχιστον διπλάσια της μέγιστης συχνότητας του σήματος· τότε αποδεικνύεται ότι το δειγματοληπτημένο σήμα περιέχει την ίδια ποσότητα πληροφορίας με το αρχικό. Στην τηλεφωνία, για παράδειγμα, με μέγιστη συχνότητα τρεις χιλιάδες τετρακόσια χερτς, επιλέγεται συχνότητα δειγματοληψίας περίπου επτά κιλοχερτς. Δεύτερον, η κβαντοποίηση: τα δείγματα λαμβάνονται με διακριτές στάθμες πλάτους, με την επιθυμητή ακρίβεια. Και τρίτον, η κωδικοποίηση: κάθε στάθμη κωδικοποιείται με σύνολο από D bits, όπου D ο λογάριθμος με βάση το δύο του πλήθους των σταθμών· η κωδικοποίηση αυτή είναι γνωστή ως PCM.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 5 — Τα κριτήρια Nyquist και Shannon

Ερώτηση: 5. Να δοθούν τα κριτήρια Nyquist και Shannon που περιορίζουν το ρυθμό μετάδοσης σ' ένα τηλεπικοινωνιακό κανάλι.

Απάντηση:

Οι δύο παράμετροι του καναλιού (σελ. 293): τελικά ένα ψηφιακό κανάλι μετάδοσης χαρακτηρίζεται από δύο βασικές παραμέτρους: τη μέγιστη δυνατή τιμή του ρυθμού εναλλαγής συμβόλων Rs· τη δυνατότητα που παρέχει, ώστε να μπορούν να διαφοροποιηθούν κατά τη μετάδοση Κ κωδικοποιημένα διαφορετικά σύμβολα (διακριτική ικανότητα καταστάσεων).

Το κριτήριο Nyquist (σελ. 293, Εξ. 5): αποδεικνύεται (κριτήριο Niquist) ότι σε κανάλι με φασματικό εύρος ζώνης Β ο μέγιστος ρυθμός συμβόλων δίνεται από τη σχέση
```
Rsmax = 2Β
```
Η αιτία (σελ. 293): ο περιορισμός αυτός… προέρχεται από το γεγονός ότι τα σήματα που παρουσιάζουν ασυνέχειες (δηλαδή, τα παλμικά σήματα) έχουν άπειρο εύρος φάσματος και, όταν διέρχονται από το οποιοδήποτε σύστημα (με περιορισμένη ζώνη διέλευσης Β), υφίστανται παραμορφώσεις… υφίστανται διαπλάτυνση, με αποτέλεσμα… τα σύμβολα να αλληλοκαλύπτονται σε μεγάλο βαθμό (αλληλοπαρενοχλούνται: interference symbol).

Το θεώρημα Shannon (σελ. 293, Εξ. 6): όσον αφορά το μέγιστο αριθμό των διακριτών καταστάσεων που εξασφαλίζει το κανάλι (διακριτική ικανότητα καταστάσεων) παρουσία θορύβου, αποδεικνύεται (θεώρημα Shannon) ότι
```
Kmax = (1 + S/N)^(1/2)
```
όπου S/N ο λόγος ισχύος του ωφέλιμου σήματος (S) προς την ισχύ του θορύβου (Ν). Η αιτία (σελ. 294): ο περιορισμός προέρχεται από την ασάφεια που δημιουργεί ο θόρυβος στις διακριτές στάθμες του σήματος.
```
χωρίς θόρυβο:  ─── ─── ─── ─── καθαρές στάθμες
με θόρυβο:     ≈≈≈ ≈≈≈ ≈≈≈ ≈≈≈ θολές, ενδεχομένως συγχέονται
```
Ο συνδυασμός (σελ. 294)
```
Dmax = log2Kmax = log2(1 + S/N)^(1/2) = (½)log2(1 + S/N)      (7)
Rmax = B·log2(1 + S/N)                                        (8)
```
Το μέγεθος Rmax καλείται χωρητικότητα του ψηφιακού καναλιού.

Η πρακτική διόρθωση (σελ. 294, Εξ. 9): στην πράξη τα τηλεπικοινωνιακά κανάλια υστερούν σε επιδόσεις. Στις περισσότερες πρακτικές περιπτώσεις θεωρούμε ότι Rs = 1,25Β (ή Β = 0,8Rs).

Το παράδειγμα του βιβλίου (Εφαρμογή 1, σελ. 294): το φασματικό εύρος ζώνης ψηφιακού διαύλου είναι Β = 20 kHz και ο λόγος ισχύος σήματος προς θόρυβο είναι S/N = 15 dB… Λύση: Αφού S/N = 15 db, έχουμε 15 = 10log(S/N), άρα S/N = 31,62. Έτσι, C = Blog2(1+31,62) = 20·10³·log2(32,62) = 100.575 bits/sec. Και το δεύτερο (Εφαρμογή 2, σελ. 294): να προσδιοριστεί ο ανεκτός λόγος ισχύος σήματος προς θόρυβο… ώστε ο δέκτης να μπορεί να διακρίνει τις 15 διαφορετικές στάθμες σήματος. Λύση: Πρέπει (1+S/N)^(1/2) ≥ 15, άρα S/N ≥ 224, απ' όπου S/N ≥ 10log224 (dB), δηλαδή S/N ≥ 23,5 dB.

Η σύνθεση των δύο: το Nyquist περιορίζει πόσο γρήγορα μπορούν να εναλλάσσονται τα σύμβολα (χρονική διακριτική ικανότητα), το Shannon περιορίζει πόσες διαφορετικές τιμές μπορεί να πάρει το καθένα (διακριτική ικανότητα καταστάσεων). Το γινόμενό τους δίνει τον μέγιστο ρυθμό bits.

Η ανακεφαλαίωση (σελ. 313): αυτοί οι περιορισμοί καθορίζονται από τα κριτήρια Nyquist και Shannon. Εξαρτώνται από το διαθέσιμο φασματικό εύρος Β και τη σχέση ισχύων ωφέλιμου σήματος προς θόρυβο (S/N).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα ψηφιακό κανάλι χαρακτηρίζεται από δύο παραμέτρους, τη μέγιστη ταχύτητα εναλλαγής συμβόλων και τον μέγιστο αριθμό διακριτών καταστάσεων που μπορούν να διαφοροποιηθούν. Το κριτήριο Nyquist ορίζει ότι σε κανάλι φασματικού εύρους B ο μέγιστος ρυθμός συμβόλων είναι δύο B· ο περιορισμός προέρχεται από το ότι τα παλμικά σήματα έχουν θεωρητικά άπειρο εύρος φάσματος και, περνώντας από κανάλι περιορισμένης ζώνης, υφίστανται διαπλάτυνση, οπότε τα σύμβολα αλληλοκαλύπτονται. Το θεώρημα Shannon ορίζει ότι ο μέγιστος αριθμός διακριτών καταστάσεων ισούται με τη ρίζα του ένα συν τον λόγο σήματος προς θόρυβο· εδώ ο περιορισμός προέρχεται από την ασάφεια που δημιουργεί ο θόρυβος στις στάθμες του σήματος. Συνδυάζοντας τα δύο, ο μέγιστος αριθμός bits ανά κατάσταση είναι το μισό του λογαρίθμου με βάση το δύο του ένα συν S προς N, και ο μέγιστος ρυθμός σε bits ανά δευτερόλεπτο είναι B επί τον λογάριθμο αυτόν· το μέγεθος αυτό ονομάζεται χωρητικότητα του καναλιού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 6 — Ο ορισμός της ψηφιακής διαμόρφωσης αναλογικού φέροντος

Ερώτηση: 6. Να δοθεί ο ορισμός της ψηφιακής διαμόρφωσης αναλογικού (ημιτονικού) φέροντος.

Απάντηση:

Ο ορισμός (σελ. 295): στις ψηφιακές διαμορφώσεις αναλογικού φέροντος το φέρον είναι ημιτονικό σήμα M(t) και το σήμα διαμόρφωσης είναι ψηφιακή πληροφορία δυαδική (δύο καταστάσεων '0', '1') ή Κ-αδική (Κ διαφορετικών καταστάσεων, που αντιπροσωπεύονται από ομάδες - κώδικες των log2Κ bits). Κάποια παράμετρος (το πλάτος, η συχνότητα ή η φάση) του διαμορφωμένου φέροντος E(t) μεταβάλλεται στο ρυθμό της πληροφορίας.

Τα τρία είδη | Παράμετρος | Διαμόρφωση | Αγγλικός όρος | |---|---|---| | πλάτος | ASK / OOK | Amplitude Shift Keying / On-Off Keying | | συχνότητα | FSK | Frequency Shift Keying | | φάση | PSK (BPSK, QPSK) | Phase Shift Keying |

Οι δύο δυνατότητες (σελ. 290): η διαμόρφωση μπορεί να γίνει ανά σύμβολο, οπότε κάθε σύμβολο αντιστοιχίζεται σε συγκεκριμένη διακριτή τιμή (από Κ διαφορετικές τιμές) πλάτους συχνότητας ή φάσης του φέροντος ή ανά bit πληροφορίας. Οπότε έχουμε τις δυαδικές (binary) διαμορφώσεις όπου δύο διακριτές τιμές του πλάτους, της συχνότητας ή της φάσης του φέροντος σήματος αντιπροσωπεύουν τα δυαδικά στοιχεία '0' ή '1'.

Η αντιστοιχία με τις αναλογικές διαμορφώσεις | Ψηφιακή | Αναλογικό ανάλογο | |---|---| | OOK | θυμίζει την πολλαπλασιαστική διαμόρφωση DSB (σελ. 295) | | FSK | H FSK αντιστοιχεί στη διαμόρφωση FM (σελ. 296) | | BPSK | μπορεί να θεωρηθεί ως διαμόρφωση DSBsc… με σήμα διαμόρφωσης α = ±1 (σελ. 298) |

Το μέτρο σύγκρισης (σελ. 300): το ζητούμενο στις ψηφιακές τηλεπικοινωνίες είναι να επιτευχθεί όσο το δυνατόν μεγαλύτερος ρυθμός πληροφορίας ανά μονάδα χρόνου (μεγάλος όγκος πληροφορίας), με το μικρότερο δυνατό εύρος φάσματος και τη μικρότερη ισχύ φέροντος σήματος. Για τούτο βασική παράμετρος που χαρακτηρίζει τις ψηφιακές διαμορφώσεις και δίνει ένα μέτρο σύγκρισης μεταξύ τους είναι η φασματική αποτελεσματικότητα η. Ορίζεται από τη σχέση
```
η = R/Βολ            (17)
```
όπου R ο ρυθμός μετάδοσης (το bit rate σε bits/sec) και Βολ η ολική φασματική ζώνη στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι. Οι μονάδες (σελ. 300): το μέγεθος η εξαρτάται από τον τρόπο κωδικοποίησης του ψηφιακού σήματος και το είδος της διαμόρφωσης που θα επιλεγεί. Μετριέται σε bits/sec/Hz.

Η ανακεφαλαίωση (σελ. 313): η μετάδοση ψηφιακών συμβόλων στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι απαιτεί τη διαμόρφωση κάποιου φέροντος σήματος. Χρησιμοποιούνται πολλά είδη διαμόρφωσης, διαμόρφωση πλάτους, συχνότητας και φάσης (πρόκειται για ψηφιακές διαμορφώσεις ημιτονικού φέροντος)· και οι ψηφιακές διαμορφώσεις ημιτονικού φέροντος πραγματοποιούνται με απλά δυαδικά σύμβολα '0' ή '1' (δύο στάθμες, OOK, FSK, BPSK) ή με κωδικοποιημένη πληροφορία από περισσότερα bits (Κ στάθμες, QPSK, QAM κ.λ.π.).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στις ψηφιακές διαμορφώσεις αναλογικού φέροντος, το φέρον είναι ημιτονικό σήμα, ενώ το σήμα διαμόρφωσης είναι ψηφιακή πληροφορία, είτε δυαδική με δύο καταστάσεις μηδέν και ένα, είτε K-αδική με K διαφορετικές καταστάσεις που αντιπροσωπεύονται από ομάδες bits. Κάποια παράμετρος του διαμορφωμένου φέροντος, δηλαδή το πλάτος, η συχνότητα ή η φάση, μεταβάλλεται στον ρυθμό της πληροφορίας. Έτσι προκύπτουν τρία είδη: η διαμόρφωση πλάτους ή ASK, με ειδική δυαδική περίπτωση την OOK, η διαμόρφωση συχνότητας ή FSK, και η διαμόρφωση φάσης ή PSK, με ειδικές περιπτώσεις την BPSK για δύο και την QPSK για τέσσερις καταστάσεις. Η διαμόρφωση μπορεί να γίνει ανά σύμβολο ή ανά bit πληροφορίας. Ως μέτρο σύγκρισης των μεθόδων χρησιμοποιείται η φασματική αποτελεσματικότητα, δηλαδή ο λόγος του ρυθμού μετάδοσης προς την ολική φασματική ζώνη, που μετριέται σε bits ανά δευτερόλεπτο ανά χερτς.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 7 — Η διαμόρφωση ΟΟΚ και το εύρος φάσματος

Ερώτηση: 7. Να εξηγηθεί τι είναι η διαμόρφωση ΟΟΚ και να δοθεί το εύρος φάσματος.

Απάντηση:

Η κατηγορία (σελ. 295): πρόκειται για διαμόρφωση πλάτους (Amplitude Shift Keying). Οι Κ διακριτές καταστάσεις της πληροφορίας αντιπροσωπεύονται από διαφορετικές τιμές πλάτους του φέροντος σήματος. Στην περίπτωση που Κ = 2 (δυαδικές καταστάσεις) έχουμε τη διαμόρφωση ΟΟΚ (On-Off Keying).

Η μαθηματική έκφραση (σελ. 295, Εξ. 10)
```
E(t) = a(t)·cos(ωot),   με a(t) = 0 ή 1
```
Η χρονική εικόνα (Σχ. 9.2.1, σελ. 295)
```
   0     1     1     0     0     1
       ∿∿∿∿ ∿∿∿∿             ∿∿∿∿
 ──────∿∿∿∿─∿∿∿∿─────────────∿∿∿∿──► t
  (σβηστό)(αναμμένο)(σβηστό)(αναμμένο)
```
— εξ ου και η ονομασία On-Off Keying: το φέρον ανάβει και σβήνει.

Το φάσμα (σελ. 295): η σχέση θυμίζει την πολλαπλασιαστική διαμόρφωση DSB, που γνωρίσαμε στις αναλογικές διαμορφώσεις. Το φάσμα περιλαμβάνει θεωρητικά δύο πλάγιες ζώνες άπειρου εύρους (ένα καθαρό δυαδικό σήμα έχει άπειρο φασματικό εύρος) και φασματική συνιστώσα του φέροντος που οφείλεται στη συνεχή συνιστώσα του διαμορφώνοντος σήματος.
```
        │
   ▁▁▁▁▁│▁▁▁▁▁
 ──┴────┴────┴──► f
 fo−B   fo   fo+B
```
Το πρακτικό εύρος (σελ. 296, Εξ. 11): στην πράξη, αν Rs (= R) ο επιθυμητός ρυθμός εναλλαγής της πληροφορίας σε bits/sec, Β η φασματική ζώνη του ψηφιακού σήματος, τότε: Β = 0,8R. Το εύρος του φάσματος μετά τη διαμόρφωση είναι
```
Βολ = 2Β = 2 × 0,8R = 1,6R
```
Ο διαμορφωτής (Σχ. 9.2.2β, σελ. 295)
```
 a(t) = 0 ή 1 ──►┌───┐
                 │ Χ │──► E(t) (OOK)
 cos(ωοt) ──────►└───┘
```
Το παράδειγμα του βιβλίου (Εφαρμογή 1, σελ. 300): σε διαμόρφωση ΟΟΚ η ολική φασματική ζώνη του φέροντος δεν πρέπει να ξεπεράσει τα 100 kHz. Να προσδιοριστεί ο μέγιστος ρυθμός δυαδικών συμβόλων σε bits/sec που μπορούμε να έχουμε. Λύση: Στην περίπτωση της ΟΟΚ ισχύει: Βολ = 1,6R… Έτσι, R = 100000/1,6 = 62500 bits/sec.

Η φασματική αποτελεσματικότητα — από τη σχέση (17)
```
η = R/Βολ = R/(1,6R) = 0,625 bits/sec/Hz
```
Η θέση της στη σύγκριση (σελ. 300): η διαμόρφωση PSK είναι πιο αποτελεσματική από την FSK και την ΟΟΚ — η OOK είναι η απλούστερη αλλά και η λιγότερο αποδοτική, ιδίως γιατί σπαταλά ισχύ στη φασματική συνιστώσα του φέροντος που δεν μεταφέρει πληροφορία.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η διαμόρφωση OOK, από το On-Off Keying, είναι η δυαδική περίπτωση της διαμόρφωσης πλάτους ASK, δηλαδή η περίπτωση όπου οι διακριτές καταστάσεις της πληροφορίας είναι δύο. Το διαμορφωμένο σήμα δίνεται από το γινόμενο μιας συνάρτησης που παίρνει τιμές μηδέν ή ένα επί το ημιτονικό φέρον· πρακτικά, το φέρον ανάβει όταν το bit είναι ένα και σβήνει όταν είναι μηδέν, εξ ου και η ονομασία. Η σχέση θυμίζει την πολλαπλασιαστική διαμόρφωση διπλής πλευρικής ζώνης των αναλογικών συστημάτων. Το φάσμα περιλαμβάνει θεωρητικά δύο πλάγιες ζώνες άπειρου εύρους, αφού ένα καθαρό δυαδικό σήμα έχει άπειρο φασματικό εύρος, καθώς και φασματική συνιστώσα του φέροντος, που οφείλεται στη συνεχή συνιστώσα του διαμορφώνοντος σήματος. Στην πράξη η ζώνη του ψηφιακού σήματος λαμβάνεται ίση με μηδέν κόμμα οκτώ επί τον ρυθμό μετάδοσης, οπότε το ολικό εύρος μετά τη διαμόρφωση είναι ένα κόμμα έξι επί τον ρυθμό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 8 — Η διαμόρφωση FSK και το εύρος φάσματος

Ερώτηση: 8. Να εξηγηθεί η διαμόρφωση FSK και να προσδιοριστεί το εύρος φάσματος.

Απάντηση:

Ο ορισμός (σελ. 296): πρόκειται για διαμόρφωση συχνότητας (Frequency Shift Keying) όπου η συχνότητα του φέροντος για τις δύο δυαδικές καταστάσεις '0' και '1' παίρνει δύο διακριτές διαφορετικές τιμές
```
Για στάθμη '0':  f = fo − Δf
Για στάθμη '1':  f = fο + Δf
```
Η μαθηματική έκφραση (σελ. 296, Εξ. 12)
```
E(t) = Eocos{2πfot + 2π[a(t)Δf]t},   όπου a(t) = 1 ή −1
```
Η αντιστοιχία (σελ. 296): H FSK αντιστοιχεί στη διαμόρφωση FM.

Η χρονική εικόνα (Σχ. 9.2.3, σελ. 296)
```
  0      1      1      0      1
 ∿ ∿ ∿  ∿∿∿∿∿  ∿∿∿∿∿  ∿ ∿ ∿  ∿∿∿∿∿ ──► t
 (αραιό)(πυκνό)(πυκνό)(αραιό)(πυκνό)
```
Ο διαμορφωτής — πρώτη υλοποίηση (Σχ. 9.2.4α, σελ. 296): το σήμα FSK προκύπτει από το συνδυασμό δύο ανεξάρτητων ταλαντωτών με συχνότητες fο − Δf και fo + Δf διαμορφωμένων με ΟΟΚ.
```
 [Ταλαντωτής fo−Δf]──►[OOK2]──┐
                               ├──► E(t) (FSK)
 [Ταλαντωτής fo+Δf]──►[OOK1]──┘
        ▲                ▲
       a(t) ─────────────┘
```
Η συνέπεια (σελ. 296): ο μηχανισμός αυτός δικαιολογεί την ύπαρξη ενδεχομένως ασυνεχειών στη φάση του σήματος κατά την εναλλαγή των καταστάσεων.

Ο διαμορφωτής — δεύτερη υλοποίηση (σελ. 297): στην πράξη τις περισσότερες φορές η διαμόρφωση FSK πραγματοποιείται με την αξιοποίηση ενός VCO, που ελέγχεται από το σήμα a(t)… Στην περίπτωση αυτή, καθώς δε δικαιολογούνται ασυνέχειες των φάσεων του σήματος, μιλούμε για διαμόρφωση CPFSK (Continuous Phase Frequency Shift Keying).

Το φάσμα (Σχ. 9.2.6, σελ. 297): προκύπτει ως επαλληλία των φασμάτων των δύο OOK
```
  OOK1:      ▁▁│▁▁
         fo−Δf−B  fo−Δf  fo−Δf+B
  OOK2:                        ▁▁│▁▁
                          fo+Δf−B  fo+Δf  fo+Δf+B
  FSK:       ▁▁│▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁│▁▁
             |◄──── Βολ = 2Β + 2Δf ────►|
```
Η σχέση (σελ. 297, Εξ. 13)
```
Βολ = 2Β + 2Δf,   με Β = 0,8Rs   (Rs = R σε bits/sec)
```
Η αναλογία (σελ. 297): η σχέση αυτή θυμίζει τη σχέση του Carson στις αναλογικές διαμορφώσεις.

Η δυσκολία της CPFSK (σελ. 297): στην περίπτωση της CPFSK ο ακριβής υπολογισμός του φάσματος είναι δυσκολότερος. Το εύρος φάσματος εξαρτάται από τις παραμέτρους Δf και R, ενώ η ακριβής φασματική εικόνα εξαρτάται από το λόγο Δf/R.

Το παράδειγμα του βιβλίου (Εφαρμογή 2, σελ. 301): σε δεδομένη εφαρμογή με διαμόρφωση FSK χρησιμοποιούνται ταλαντωτές με συχνότητες f1 = 1800 Ηz… και f2 = 1200 Ηz… Ο ρυθμός μετάδοσης στο κανάλι είναι 1200 bauds… Λύση: Βολ = 2Β + 2Δf. Β = 0,8Rs = 0,8R = 0,8·1200 = 960 Ηz και 2Δf = f1 − f2 = 600 Ηz. Άρα, Βολ = 2·960 + 600 = 2520 Ηz.

Η θέση της στη σύγκριση (σελ. 300): η FSK είναι λιγότερο φασματικά αποτελεσματική από την PSK, αφού το εύρος της περιλαμβάνει και τον επιπλέον όρο 2Δf.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η διαμόρφωση FSK, από το Frequency Shift Keying, είναι διαμόρφωση συχνότητας, όπου η συχνότητα του φέροντος παίρνει δύο διακριτές τιμές: fo μείον Δf για τη στάθμη μηδέν και fo συν Δf για τη στάθμη ένα· αντιστοιχεί δηλαδή στη διαμόρφωση FM των αναλογικών συστημάτων. Το σήμα FSK μπορεί να προκύψει από τον συνδυασμό δύο ανεξάρτητων ταλαντωτών, διαμορφωμένων κατά OOK, γεγονός που εξηγεί και τις ενδεχόμενες ασυνέχειες φάσης κατά την εναλλαγή των καταστάσεων· στην πράξη όμως χρησιμοποιείται συνήθως ένας ταλαντωτής VCO ελεγχόμενος από το σήμα, οπότε δεν υπάρχουν ασυνέχειες και η διαμόρφωση ονομάζεται CPFSK, δηλαδή συνεχούς φάσης. Ως προς το φάσμα, από τον τρόπο σύνθεσης προκύπτει ότι το ολικό εύρος ισούται με δύο B συν δύο Δf, όπου B ίσο με μηδέν κόμμα οκτώ επί τον ρυθμό συμβόλων· η σχέση αυτή θυμίζει τη σχέση του Carson των αναλογικών διαμορφώσεων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 9 — Ο διαμορφωτής BPSK και το φάσμα του

Ερώτηση: 9. Να δοθεί το γενικό διάγραμμα ενός διαμορφωτή BPSK και το φάσμα του διαμορφωμένου σήματος.

Απάντηση:

Η γενική PSK (σελ. 298): στη διαμόρφωση PSK (Phase Shift Keying) οι K διακριτές καταστάσεις της πληροφορίας επηρεάζουν την αρχική φάση του φέροντος σήματος
```
E(t) = Eocos[ωot + φο + a(t)·2π/Κ]        (14)
```
όπου a(t) ∈ {0, 1, 2, …Κ−1} και φο η αρχική φάση του σήματος.

Η BPSK (σελ. 298): στην περίπτωση που Κ = 2, η διαμόρφωση αναφέρεται ως BPSK (Binary Phase Shift Keying) και a(t) = 0 ή 1. Άρα
```
E(t) = Eocos[ωοt + a(t)π] = ± Eοcos(ωοt)        (15)
```
Το διάγραμμα (Σχ. 9.2.7α, σελ. 298)
```
  α = ±1 ──►┌───┐
            │ Χ │──► E(t) (BPSK)
 cos(ωοt)──►└───┘
```
Η χρονική εικόνα (Σχ. 9.2.7β, σελ. 298)
```
   0        1        0        0
  ∿∿∿∿    ∿∿∿∿     ∿∿∿∿     ∿∿∿∿
  ────    ────     ────     ────► t
         ↑ αναστροφή φάσης 180°
```
Η ερμηνεία (σελ. 298): H BPSK μπορεί να θεωρηθεί ως διαμόρφωση DSBsc (κεφάλαιο 3) με σήμα διαμόρφωσης α = ±1.

Το φάσμα (σελ. 298): η φασματική εικόνα είναι η ίδια με την περίπτωση της ΟΟΚ, με τη διαφορά ότι στην περίπτωση της BPSK δεν υπάρχει φασματική συνιστώσα του φέροντος (στη συχνότητα fo).
```
   ΟΟΚ:              BPSK:
        │
   ▁▁▁▁▁│▁▁▁▁▁      ▁▁▁▁▁ ▁▁▁▁▁
 ──┴────┴────┴──   ──┴────┴────┴──► f
 fo−B   fo  fo+B   fo−B   fo  fo+B
  (με φέρον)        (χωρίς φέρον)
```
Το πλεονέκτημα — όλη η ισχύς πηγαίνει στις πλευρικές, δηλαδή στην πληροφορία, αφού δεν σπαταλάται στο φέρον που δεν μεταφέρει τίποτε. Αυτό εξηγεί (σελ. 300) γιατί για το ίδιο ποσοστό σφάλματος δυαδικών στοιχείων στην έξοδο (bit error rate) η PSK απαιτεί μισή ισχύ σήματος στην είσοδο του δέκτη.

Το εύρος: το ίδιο με την OOK
```
Βολ = 2Β = 1,6R
```
άρα η φασματική αποτελεσματικότητα είναι ίδια (0,625 bits/sec/Hz) — το πλεονέκτημα της BPSK είναι στην ισχύ, όχι στο εύρος.

Η επέκταση σε QPSK (σελ. 299): στο σχήμα 9.2.8 δίνεται το γενικό διάγραμμα ενός διαμορφωτή QPSK, που αποτελείται από δύο διαμορφωτές BPSK οι οποίοι εργάζονται με ορθογώνια φέροντα (παρουσιάζουν διαφορά φάσης π/2) — δηλαδή ο BPSK είναι το δομικό στοιχείο των ανώτερων PSK.

Η ανακεφαλαίωση (σελ. 313): συγκρίνοντας τις διαμορφώσεις OOK, FSK και PSK, η τελευταία παρουσιάζει καλύτερες επιδόσεις στο φάσμα και ως προς τη σχέση σήματος προς θόρυβο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στη διαμόρφωση PSK οι διακριτές καταστάσεις της πληροφορίας επηρεάζουν την αρχική φάση του φέροντος. Στη δυαδική περίπτωση, δηλαδή στην BPSK, η φάση παίρνει δύο τιμές που διαφέρουν κατά π, οπότε το διαμορφωμένο σήμα ισούται με συν ή πλην το πλάτος επί το συνημίτονο. Το γενικό διάγραμμα του διαμορφωτή είναι πολύ απλό: ένας πολλαπλασιαστής, στον οποίο εισέρχονται το φέρον και το σήμα διαμόρφωσης, το οποίο παίρνει τιμές συν ένα ή μείον ένα· η BPSK μπορεί δηλαδή να θεωρηθεί ως διαμόρφωση διπλής πλευρικής ζώνης με κατεσταλμένο φέρον. Στη χρονική εικόνα φαίνεται καθαρά η αναστροφή της φάσης κατά εκατόν ογδόντα μοίρες σε κάθε αλλαγή του δυαδικού ψηφίου. Το φάσμα είναι το ίδιο με εκείνο της OOK, με τη διαφορά ότι δεν υπάρχει φασματική συνιστώσα του φέροντος· έτσι όλη η ισχύς πηγαίνει στην πληροφορία, γεγονός που εξηγεί γιατί για το ίδιο ποσοστό σφάλματος η PSK απαιτεί μισή ισχύ στην είσοδο του δέκτη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 10 — Ο ορισμός της διαμόρφωσης QPSK

Ερώτηση: 10. Να δοθεί ο ορισμός της διαμόρφωσης QPSK.

Απάντηση:

Ο ορισμός (σελ. 298): στην περίπτωση που Κ = 4, η διαμόρφωση PSK αναφέρεται ως QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Η περιγραφή (σελ. 299): πρόκειται για διαμόρφωση φάσης τεσσάρων διακριτών καταστάσεων που αντιστοιχούν… σε πληροφορία που κωδικοποιείται από ένα ζευγάρι δυαδικών στοιχείων: '00', '01', '10', '11'.

Η μαθηματική έκφραση (σελ. 299, Εξ. 16)
```
E(t) = Eocos(ωot + π/4 + aπ/2),   όπου a = 0, 1, 2, 3
```
Ο διαμορφωτής (Σχ. 9.2.8, σελ. 299): αποτελείται από δύο διαμορφωτές BPSK οι οποίοι εργάζονται με ορθογώνια φέροντα (παρουσιάζουν διαφορά φάσης π/2). Τα σήματα των δύο διαμορφωτών αθροίζονται στην έξοδο.
```
            ┌──►[BPSK]──► sin(ωοt + a1π)  ──┐ Β
 (a2a1)──►[Διάταξη                          ├──►(+)──► E(t)
         διαχωρισμού]                       │
            └──►[BPSK]──► cos(ωοt + a2π)  ──┘ Α
                   ▲              ▲
           [Ταλαντωτής φέροντος]──┴──[π/2]
```
Η διάταξη διαχωρισμού (σελ. 299): Διάταξη Διαχωρισμού Άρτιας και Περιττής Τάξης Συμβόλων — δηλαδή το ρεύμα bits χωρίζεται σε δύο ρεύματα, ένα για κάθε BPSK.

Ο πίνακας των καταστάσεων (Σχ. 9.2.9, σελ. 299) | a2 a1 | Σημείο A | Σημείο Β | |---|---|---| | 0 0 | cos(ωot) | sin(ωot) | | 0 1 | cos(ωοt) | sin(ωot+π) | | 1 1 | cos(ωot+π) | sin(ωot+π) | | 1 0 | cos(ωot+π) | sin(ωot+π) |

Το διανυσματικό αποτέλεσμα
```
        │ 01
     ╲  │  ╱
      ╲ │ ╱
  00 ───●─── 11      τέσσερις φάσεις,
      ╱ │ ╲          ανά 90°, στις 45°,
     ╱  │  ╲         135°, 225°, 315°
        │ 10
```
Το κρίσιμο πλεονέκτημα: με δύο bits ανά σύμβολο (D = log2 4 = 2), από τη σχέση (4)
```
R = Rs·log2K = 2·Rs
```
— δηλαδή για το ίδιο εύρος ζώνης η QPSK μεταδίδει διπλάσιο ρυθμό bits από την BPSK, άρα έχει διπλάσια φασματική αποτελεσματικότητα.

Η γενίκευση (σελ. 313, ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ): οι ψηφιακές διαμορφώσεις ημιτονικού φέροντος πραγματοποιούνται με απλά δυαδικά σύμβολα '0' ή '1' (δύο στάθμες, OOK, FSK, BPSK) ή με κωδικοποιημένη πληροφορία από περισσότερα bits (Κ στάθμες, QPSK, QAM κ.λ.π.).

Το πλαίσιο (σελ. 300): υπάρχουν πολλά είδη ψηφιακών διαμορφώσεων ημιτονικού φέροντος που δε θα μελετηθούν εδώ. Η σύγκριση των διαφόρων μεθοδολογιών δεν είναι πάντοτε εύκολη υπόθεση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η διαμόρφωση QPSK, από το Quadrature Phase Shift Keying, είναι η περίπτωση της διαμόρφωσης φάσης όπου οι διακριτές καταστάσεις είναι τέσσερις. Οι τέσσερις αυτές καταστάσεις αντιστοιχούν σε πληροφορία που κωδικοποιείται από ένα ζευγάρι δυαδικών στοιχείων, δηλαδή μηδέν μηδέν, μηδέν ένα, ένα μηδέν και ένα ένα. Το διαμορφωμένο σήμα δίνεται από τη σχέση πλάτος επί συνημίτονο του ωo t συν π τέταρτα συν a π δεύτερα, όπου το a παίρνει τιμές μηδέν, ένα, δύο ή τρία. Ο διαμορφωτής αποτελείται από δύο διαμορφωτές BPSK, οι οποίοι εργάζονται με ορθογώνια φέροντα, δηλαδή με διαφορά φάσης π δεύτερα, και τα σήματά τους αθροίζονται στην έξοδο· προηγείται διάταξη διαχωρισμού των συμβόλων άρτιας και περιττής τάξης. Το κρίσιμο πλεονέκτημα είναι ότι μεταδίδονται δύο bits ανά σύμβολο, οπότε για το ίδιο εύρος ζώνης ο ρυθμός σε bits ανά δευτερόλεπτο διπλασιάζεται σε σχέση με την BPSK.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 11 — Η αποδιαμόρφωση OOK, FSK και PSK

Ερώτηση: 11. Τι είδους αποδιαμόρφωση χρησιμοποιείται στις περιπτώσεις ΟΟΚ, FSK και PSK.

Απάντηση:

Η απάντηση (σελ. 300): η αποδιαμόρφωση των σημάτων OOK, FSK και PSK στο δέκτη γίνεται με τη χρήση σύμφωνου (σύγχρονου) αποδιαμορφωτή.

Τι είναι ο σύγχρονος αποδιαμορφωτής (κεφ. 7, σελ. 248): το διαμορφωμένο σήμα πολλαπλασιάζεται με το σήμα ενός τοπικού ταλαντωτή της ίδιας συχνότητας και φάσης με το φέρον σήμα (σύγχρονο ή σύμφωνο σήμα).
```
 E(t) ──►┌───┐        ┌────────┐
         │ Χ │───────►│ φίλτρο │──► s(t)
 R(t) ──►└───┘        │ χαμηλών│
           ▲          └────────┘
   [τοπικός ταλαντωτής, σύγχρονος με το φέρον]
```
Γιατί απαιτείται σύγχρονη αποδιαμόρφωση | Διαμόρφωση | Λόγος | |---|---| | BPSK | η πληροφορία είναι αποκλειστικά στη φάση — χωρίς αναφορά φάσης είναι αδύνατη η ανάκτηση | | OOK | η BPSK-όμοια δομή (DSB) και η απαίτηση για βέλτιστη απόρριψη θορύβου | | FSK | η βέλτιστη ανίχνευση των δύο συχνοτήτων |

Η αντιστοιχία με το κεφ. 7 (σελ. 251): στην περίπτωση σημάτων διπλής και απλής πλευρικής ζώνης χωρίς φέρον (DSBsc και SSBsc), ως αποδιαμορφωτής αξιοποιείται πάλι το κύκλωμα του σύγχρονου φωρατή — και η BPSK είναι ακριβώς DSBsc με α = ±1 (σελ. 298).

Το πλήρες στάδιο του δέκτη (Σχ. 9.2.10, σελ. 300)
```
 E(t) ──►[Αποδιαμόρφωση]──►[Μορφοποίηση παλμών]──►[Αποκωδικοποίηση]──►
```
Η επιπλέον απαίτηση (σελ. 300): στην έξοδο του αποδιαμορφωτή συνήθως οι παλμοί (η ψηφιακή πληροφορία) εμφανίζονται παραμορφωμένοι, λόγω του περιορισμού που υπέστη το φάσμα τους στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι. Γι' αυτό πάντοτε μετά την αποδιαμόρφωση ακολουθεί στάδιο επαναμορφοποίησης των παλμών.

Πώς επιτυγχάνεται ο συγχρονισμός (κεφ. 7, σελ. 250): για να επιτευχθεί συγχρονισμός, χρησιμοποιείται ολισθητής ρυθμιζόμενης φάσης ή (αντί απλού ταλαντωτή) χρησιμοποιείται VCO με βρόχο φάσης (PLL), που συγχρονίζεται κατά συχνότητα με το φέρον και σταθεροποιεί τη διαφορά φάσης.

Το τίμημα και το όφελος | | Τίμημα | Όφελος | |---|---|---| | σύγχρονη αποδιαμόρφωση | απαιτεί ανάκτηση φέροντος (PLL) — πολυπλοκότερος δέκτης | βέλτιστη επίδοση ως προς τον θόρυβο, δηλαδή ελάχιστο ποσοστό σφάλματος bits |

Η σύγκριση των τριών (σελ. 300): διερευνώντας τις τρεις διαμορφώσεις OOK, FSK και PSK σχετικά με τις επιδόσεις τους στο θόρυβο αποδεικνύεται ότι η διαμόρφωση PSK είναι καλύτερη. Για το ίδιο ποσοστό σφάλματος δυαδικών στοιχείων στην έξοδο (bit error rate) η PSK απαιτεί μισή ισχύ σήματος στην είσοδο του δέκτη.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Και στις τρεις περιπτώσεις, δηλαδή στις διαμορφώσεις OOK, FSK και PSK, η αποδιαμόρφωση στον δέκτη γίνεται με τη χρήση σύμφωνου, δηλαδή σύγχρονου αποδιαμορφωτή. Στον σύγχρονο αποδιαμορφωτή το διαμορφωμένο σήμα πολλαπλασιάζεται με το σήμα τοπικού ταλαντωτή της ίδιας συχνότητας και φάσης με το φέρον, και το γινόμενο οδηγείται σε φίλτρο χαμηλών συχνοτήτων. Ο συγχρονισμός είναι απολύτως απαραίτητος ιδίως στην BPSK, όπου η πληροφορία βρίσκεται αποκλειστικά στη φάση, οπότε χωρίς αναφορά φάσης η ανάκτηση θα ήταν αδύνατη· η BPSK άλλωστε δεν είναι παρά διαμόρφωση διπλής πλευρικής ζώνης με κατεσταλμένο φέρον. Ο συγχρονισμός επιτυγχάνεται με ολισθητή ρυθμιζόμενης φάσης ή με ταλαντωτή VCO μέσα σε βρόχο κλειδώματος φάσης. Μετά την αποδιαμόρφωση ακολουθεί πάντοτε στάδιο επαναμορφοποίησης των παλμών και έπειτα η αποκωδικοποίηση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 12 — Γιατί χρειάζεται επαναμορφοποίηση των παλμών

Ερώτηση: 12. Γιατί μετά την αποδιαμόρφωση χρησιμοποιείται στάδιο επαναμορφοποίησης (αποκατάστασης) των δυαδικών σημάτων (παλμών).

Απάντηση:

Η αιτία (σελ. 300): στην έξοδο του αποδιαμορφωτή συνήθως οι παλμοί (η ψηφιακή πληροφορία) εμφανίζονται παραμορφωμένοι, λόγω του περιορισμού που υπέστη το φάσμα τους στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι. Γι' αυτό πάντοτε μετά την αποδιαμόρφωση ακολουθεί στάδιο επαναμορφοποίησης των παλμών.

Ο μηχανισμός της παραμόρφωσης (σελ. 293): τα σήματα που παρουσιάζουν ασυνέχειες (δηλαδή, τα παλμικά σήματα) έχουν άπειρο εύρος φάσματος και, όταν διέρχονται από το οποιοδήποτε σύστημα (με περιορισμένη ζώνη διέλευσης Β), υφίστανται παραμορφώσεις… Συγκεκριμένα, υφίστανται διαπλάτυνση, με αποτέλεσμα, αν ο ρυθμός μετάδοσής τους είναι μεγάλος, τα σύμβολα να αλληλοκαλύπτονται σε μεγάλο βαθμό (αλληλοπαρενοχλούνται: interference symbol) και ο δέκτης δεν μπορεί να τα αποκωδικοποιήσει ως ανεξάρτητα διαδοχικά σήματα.
```
 (α) στον πομπό:   ┌──┐ ┌──┐ ┌──┐   ιδανικοί παλμοί
 (β) στο κανάλι:   ╱╲   ╱╲   ╱╲      στρογγυλεμένοι
 (γ) στον δέκτη:  ╱▔╲_╱▔╲_╱▔╲       διαπλατυσμένοι
 (δ) μετά τη μορφοποίηση: ┌──┐ ┌──┐ ┌──┐  αποκατεστημένοι
```
Η θέση του σταδίου (Σχ. 9.2.10, σελ. 300)
```
 E(t) ──►[Αποδιαμόρφωση]──►[Μορφοποίηση παλμών]──►[Αποκωδικοποίηση]──►
```
Οι λόγοι | # | Λόγος | |---|---| | 1 | αποκατάσταση των απότομων ακμών, ώστε τα επόμενα ψηφιακά κυκλώματα να αναγνωρίσουν καθαρές στάθμες '0' και '1' | | 2 | απάλειψη του θορύβου που συσσωρεύτηκε στη διαδρομή — ένα ψηφιακό σήμα μπορεί να αναγεννηθεί πλήρως, κάτι αδύνατο για ένα αναλογικό | | 3 | επαναχρονισμός των παλμών στο σωστό ρυθμό, με βάση το ρολόι που ανακτάται από τη βοηθητική πληροφορία χρονισμού (σελ. 289) |

Το θεμελιώδες πλεονέκτημα του ψηφιακού: επειδή οι επιτρεπτές στάθμες είναι μόνο δύο, ο δέκτης χρειάζεται μόνο να αποφασίσει ποια από τις δύο στάλθηκε — και έπειτα να παραγάγει έναν ολοκαίνουργιο, τέλειο παλμό. Έτσι ο θόρυβος δεν συσσωρεύεται από αναμεταδότη σε αναμεταδότη, όπως στα αναλογικά συστήματα.

Η σύνδεση με το κριτήριο Nyquist: αν ο ρυθμός ξεπεράσει το Rsmax = 2Β (σελ. 293), η αλληλοκάλυψη γίνεται τόσο έντονη που ούτε η μορφοποίηση μπορεί να σώσει την πληροφορία — γι' αυτό στην πράξη επιλέγεται (σελ. 294) Rs = 1,25Β, δηλαδή αρκετά κάτω από το θεωρητικό όριο.

Η σύνδεση με την κωδικοποίηση (σελ. 289): η κωδικοποίηση γίνεται με τρόπο που να επιτρέπει την ανίχνευση ενδεχόμενων λαθών στην αποκωδικοποίηση του σήματος — δηλαδή η μορφοποίηση αποκαθιστά το σχήμα, και η κωδικοποίηση ελέγχει αν το περιεχόμενο είναι σωστό.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το στάδιο επαναμορφοποίησης χρησιμοποιείται γιατί στην έξοδο του αποδιαμορφωτή οι παλμοί εμφανίζονται παραμορφωμένοι, λόγω του περιορισμού που υπέστη το φάσμα τους στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι. Ο μηχανισμός είναι ότι τα παλμικά σήματα, επειδή παρουσιάζουν ασυνέχειες, έχουν θεωρητικά άπειρο εύρος φάσματος· περνώντας από κανάλι περιορισμένης ζώνης, στρογγυλεύουν και υφίστανται διαπλάτυνση, με αποτέλεσμα τα διαδοχικά σύμβολα να αλληλοκαλύπτονται. Το στάδιο μορφοποίησης αποκαθιστά τις απότομες ακμές, ώστε τα επόμενα ψηφιακά κυκλώματα να αναγνωρίσουν καθαρές στάθμες μηδέν και ένα, απαλείφει τον θόρυβο που συσσωρεύτηκε στη διαδρομή, και επαναχρονίζει τους παλμούς στον σωστό ρυθμό. Εδώ ακριβώς βρίσκεται και το θεμελιώδες πλεονέκτημα των ψηφιακών συστημάτων: επειδή οι επιτρεπτές στάθμες είναι μόνο δύο, ο δέκτης απλώς αποφασίζει ποια στάλθηκε και παράγει έναν ολοκαίνουργιο τέλειο παλμό, οπότε ο θόρυβος δεν συσσωρεύεται.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 13 — Το τηλεκείμενο (teletext)

Ερώτηση: 13. Τι είναι το τηλεκείμενο (teletext);

Απάντηση:

Ο ορισμός (σελ. 301): To TELETEXT (τελετέξτ ή τηλεκείμενο) είναι ένα σύστημα μετάδοσης πληροφοριών, με το οποίο διάφορα στοιχεία μπορούν να διαβιβαστούν μέσω των τηλεοπτικών σημάτων σε κοινούς δέκτες τηλεόρασης. Οι δέκτες πρέπει να είναι εφοδιασμένοι με ειδικό ηλεκτρονικό κύκλωμα που αποκωδικοποιεί τα σήματα του τελετέξτ και εμφανίζει τα στοιχεία στην οθόνη με μορφή γραμμάτων, αριθμών ή γραφικών συμβόλων.

Τα χαρακτηριστικά του (σελ. 301) | # | Χαρακτηριστικό | |---|---| | 1 | το σύστημα αυτό είναι μονόδρομο, δηλαδή δεν προσφέρει δυνατότητα αποστολής στοιχείων ή ερωτημάτων στην υπηρεσία εκπομπής και επιτρέπει μόνο να επιλέξουμε από το σύνολο των εκπεμπόμενων πληροφοριών αυτές που επιθυμούμε | | 2 | είναι σύστημα συμβατό τόσο με το έγχρωμο όσο και με το ασπρόμαυρο τηλεοπτικό σήμα | | 3 | η κωδικοποίηση γίνεται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να μην παρενοχλεί το κανονικό τηλεοπτικό πρόγραμμα και έτσι δεν χρειάζονται νέες συχνότητες εκπομπής γι' αυτή την υπηρεσία |

Το περιεχόμενο (σελ. 301): με το τελετέξτ εκπέμπονται πληροφορίες γενικού ενδιαφέροντος, όπως μετεωρολογικές προγνώσεις, δρομολόγια μέσων συγκοινωνίας, προγράμματα τηλεοπτικών σταθμών, εμπορικές πληροφορίες, σύντομες ειδήσεις κλπ.

Ο τρόπος μετάδοσης (σελ. 301): για τη μετάδοση των δεδομένων το τελετέξτ αξιοποιεί τους κατακόρυφους παλμούς αμαύρωσης. Οι πληροφορίες που εκπέμπονται κωδικοποιημένες μαζί με το πρόγραμμα του σταθμού, τοποθετούνται στο χώρο των παλμών αμαύρωσης μετά τους μεταεξισωτικούς παλμούς και πριν την αρχή σάρωσης του επόμενου πεδίου. Η κωδικοποίηση (σελ. 302): τα γράμματα, οι αριθμοί και τα σύμβολα… κωδικοποιούνται στο δυαδικό σύστημα με τον κώδικα ASCII… Η στάθμη των σημάτων αντιστοιχεί στο 75% της διαφοράς μεταξύ των επιπέδων λευκού και μαύρου του τηλεοπτικού σήματος.

Η δομή των δεδομένων (σελ. 302)
```
52 μsec ανάμεσα σε δύο παλμούς συγχρονισμού → 360 δυαδικά ψηφία
  16 πρώτα:  συγχρονισμός γεννήτριας ωρολογιακών παλμών
   8 επόμενα: άρτιο ή περιττό πεδίο
  16 επόμενα: θέση της σειράς στην οθόνη
 ─────────── 40 ψηφία συγχρονισμού
 320 υπόλοιπα ÷ 8 (7 ASCII + 1 ισοτιμίας) = 40 χαρακτήρες/γραμμή
σελίδα: 24 γραμμές × 40 χαρακτήρες
```
Η μέγιστη συχνότητα (σελ. 302): 180 περιόδους σε χρονικό διάστημα 52 μsec. Αυτό αντιστοιχεί σε συχνότητα 180:52·10⁻⁶ = 3,46 MHz — και επειδή προέρχεται από τετραγωνικούς παλμούς, έχει ισχυρές αρμονικές, που φτάνουν μέχρι τα 40 ΜΗz. Για την αποκοπή αυτών των αρμονικών, το σήμα τελετέξτ διέρχεται από κατάλληλο χαμηλοπερατό φίλτρο.

Ο χρόνος αναμονής (σελ. 302): απαιτούνται δύο πεδία, δηλαδή ένα πλαίσιο, για το σχηματισμό μιας πλήρους σελίδας… η εκπομπή μιας σελίδας διαρκεί 1/25 του δευτερολέπτου. Περίπου 50-60 τέτοιες σελίδες απαρτίζουν ένα «περιοδικό» (magazine). Η αποστολή κάθε σελίδας γίνεται ανά μισό δευτερόλεπτο και όλο το περιοδικό εκπέμπεται σε περίπου μισό λεπτό.

Το ελληνικό πρόβλημα (σελ. 303): με τα 7 bit του κώδικα ASCII μπορούν να οριστούν 128 διαφορετικοί χαρακτήρες… Στο σύνολο αυτό δεν υπάρχει χώρος για χαρακτήρες άλλων γλωσσών· έτσι οι κρατικοί τηλεοπτικοί σταθμοί εκπέμπουν κανονικό ελληνικό τηλεκείμενο και πρέπει να αλλάξουμε τη μνήμη ROM της γεννήτριας χαρακτήρων, ενώ οι υπόλοιποι σταθμοί εκπέμπουν σελίδες με ελληνικό κείμενο, αλλά γραμμένο με κεφαλαίους λατινικούς χαρακτήρες.

Οι επιπλέον χρήσεις (σελ. 304): μέσω τελετέξτ μεταδίδονται από το 1999 τα θέματα των πανελλαδικών εξετάσεων στα εξεταστικά κέντρα, όπως επίσης… πληροφορίες χρηματοοικονομικής φύσης, (τιμές μετοχών κλπ.).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το τηλεκείμενο, ή teletext, είναι σύστημα μετάδοσης πληροφοριών με το οποίο διάφορα στοιχεία διαβιβάζονται μέσω των τηλεοπτικών σημάτων σε κοινούς δέκτες τηλεόρασης, οι οποίοι πρέπει να διαθέτουν ειδικό κύκλωμα που τα αποκωδικοποιεί και τα εμφανίζει στην οθόνη ως γράμματα, αριθμούς ή γραφικά σύμβολα. Είναι σύστημα μονόδρομο, δηλαδή δεν επιτρέπει αποστολή ερωτημάτων στην υπηρεσία εκπομπής, παρά μόνο επιλογή από τις εκπεμπόμενες πληροφορίες, και είναι συμβατό τόσο με το έγχρωμο όσο και με το ασπρόμαυρο σήμα. Για τη μετάδοση αξιοποιεί τους κατακόρυφους παλμούς αμαύρωσης, οπότε δεν παρενοχλεί το κανονικό πρόγραμμα και δεν απαιτεί νέες συχνότητες. Τα δεδομένα κωδικοποιούνται με τον κώδικα ASCII: σε κάθε γραμμή τοποθετούνται τριακόσια εξήντα ψηφία, από τα οποία τα σαράντα χρησιμεύουν για συγχρονισμό και τα υπόλοιπα δίνουν σαράντα χαρακτήρες· κάθε σελίδα έχει είκοσι τέσσερις γραμμές. Εκπέμπονται πληροφορίες γενικού ενδιαφέροντος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 14 — Τα πλεονεκτήματα της τηλεόρασης υψηλής ευκρίνειας

Ερώτηση: 14. Ποια πλεονεκτήματα προσφέρει η τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας σε σχέση με την κοινή τηλεόραση;

Απάντηση:

Η αφετηρία — το κινηματογραφικό δίδαγμα (σελ. 304): από τις πρώτες ημέρες του κινηματογράφου έγινε αντιληπτό ότι οι θεατές που κάθονταν στο μεσαίο και εμπρόσθιο τμήμα της αίθουσας απολάμβαναν εντονότερα την κινηματογραφική δράση. Αυτό συνέβαινε, γιατί από τις θέσεις αυτές η εικόνα κάλυπτε επιφάνεια μεγαλύτερη από το οπτικό πεδίο του θεατή.

Το πρόβλημα της κοινής τηλεόρασης (σελ. 304): η τεχνολογία των μέσων της δεκαετίας του '50 κατόρθωσε να διαπλατύνει τις οθόνες από λόγο πλευρών 5:4 που είχαν αρχικά σε 4:3, αλλά όχι παραπάνω. Επιπλέον, για να καλυφθεί όλο το οπτικό πεδίο ενός θεατή, αυτός θα έπρεπε να παρακολουθεί την οθόνη από απόσταση όχι μεγαλύτερη από το διπλάσιο του ύψους της. Από τόσο κοντά όμως ξεχωρίζουν οι 625 (ή 525) γραμμές σάρωσης και γίνεται αντιληπτή η περιορισμένη ευκρίνεια της εικόνας.

Τα δύο πλεονεκτήματα (σελ. 304): για τη βελτίωση της ποιότητας τηλεθέασης έγινε αντιληπτό ότι θα έπρεπε να αυξηθεί το πλήθος των γραμμών σάρωσης και να μεγαλώσει περισσότερο το πλάτος της τηλεοπτικής οθόνης. | # | Πλεονέκτημα | Αποτέλεσμα | |---|---|---| | 1 | περισσότερες γραμμές σάρωσης | δεν ξεχωρίζουν οι γραμμές ακόμη και από κοντά — μεγαλύτερη ευκρίνεια | | 2 | μεγαλύτερος λόγος πλευρών (16:9) | η εικόνα καλύπτει μεγαλύτερο μέρος του οπτικού πεδίου — εντονότερη εμπειρία |

Η αριθμητική σύγκριση
```
Κοινή τηλεόραση:  625 γραμμές,  λόγος 4:3   (1,33)
Hi-Vision:       1125 γραμμές,  λόγος 16:9  (1,78)
DTV (1080i):     1080 γραμμές,  λόγος 16:9
Κινηματογράφος:                λόγος ~1,85
Σινεμασκόπ:                    λόγος 2,35
```
Το κινηματογραφικό πρότυπο (σελ. 304): οι περισσότερες κινηματογραφικές εικόνες να έχουν πλέον πλάτος κατά 85% μεγαλύτερο από το ύψος. (Οι σημερινές ταινίες σινεμασκόπ έχουν πλάτος 235% του ύψους.)

Το επιπλέον πλεονέκτημα του ψηφιακού DTV (σελ. 306): στο κανάλι που εκπέμπεται ένα πρόγραμμα υψηλής ευκρίνειας μπορούν με τις ίδιες τεχνικές συμπίεσης να εκπεμφθούν τέσσερα κανάλια κοινής ευκρίνειας — δηλαδή ευελιξία στην αξιοποίηση του φάσματος. Και η επιλογή (σελ. 306): με τον τρόπο αυτό κάθε σταθμός εκπομπής και κάθε πιθανός θεατής μπορεί να επιλέξει την ευκρίνεια εικόνας και το είδος των υπηρεσιών που θα χρησιμοποιήσει.

Το τίμημα (σελ. 304): αυτό σήμαινε αποδοχή ενός νέου τηλεοπτικού προτύπου, πράγμα που αποτέλεσε το μεγαλύτερο ανασταλτικό παράγοντα στην καθιέρωση της νέας τεχνολογίας.

Η πρακτική εφαρμογή στη μεταβατική περίοδο (σελ. 307): με το PAL+ απεικονίζονται καλύτερα οι κινηματογραφικές ταινίες (όχι οι σινεμασκόπ), των οποίων τα καρέ έχουν λόγο πλευρών σχεδόν ίσο με 16:9.

Η ανακεφαλαίωση (σελ. 313): η τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας (HDTV) χρησιμοποιεί ευρύτερη οθόνη και περισσότερες γραμμές σάρωσης από την κοινή τηλεόραση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας προσφέρει δύο βασικά πλεονεκτήματα: περισσότερες γραμμές σάρωσης και μεγαλύτερο πλάτος οθόνης. Η ανάγκη προέκυψε από τη διαπίστωση, γνωστή ήδη από τον κινηματογράφο, ότι ο θεατής απολαμβάνει εντονότερα τη δράση όταν η εικόνα καλύπτει επιφάνεια μεγαλύτερη από το οπτικό του πεδίο. Στην κοινή τηλεόραση αυτό θα απαιτούσε παρακολούθηση από απόσταση όχι μεγαλύτερη από το διπλάσιο του ύψους της οθόνης, από όπου όμως ξεχωρίζουν οι εξακόσιες είκοσι πέντε γραμμές σάρωσης και γίνεται αντιληπτή η περιορισμένη ευκρίνεια. Έτσι, με περισσότερες γραμμές η εικόνα παραμένει ευκρινής ακόμη και από κοντά, ενώ με λόγο πλευρών δεκαέξι προς εννέα, αντί για τέσσερα προς τρία, πλησιάζει το κινηματογραφικό πρότυπο. Στο ψηφιακό σύστημα DTV προστίθεται και η ευελιξία: στο κανάλι μιας εκπομπής υψηλής ευκρίνειας μπορούν εναλλακτικά να εκπεμφθούν τέσσερα κανάλια κοινής ευκρίνειας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 15 — Τα δύο συστήματα τηλεόρασης υψηλής ευκρίνειας

Ερώτηση: 15. Ποια είναι τα δύο συστήματα τηλεόρασης υψηλής ευκρίνειας που υπάρχουν σε λειτουργία και ποια είναι τα χαρακτηριστικά τους;

Απάντηση:

Τα τρία συστήματα που αναπτύχθηκαν (σελ. 304-305): οι προσπάθειες άρχισαν στην Ιαπωνία στα τέλη της δεκαετίας του '60. Πολύ σύντομα ακολούθησε και η Ευρώπη με ένα βελτιωμένο σύστημα 625 γραμμών, ενώ η Αμερική καθυστέρησε αρκετά. Ποια είναι σε λειτουργία (σελ. 305): στην Ιαπωνία οι πρώτες εκπομπές τηλεόρασης υψηλής ευκρίνειας άρχισαν μόλις το 1989, ενώ το ευρωπαϊκό σύστημα εγκαταλείφθηκε οριστικά το 1993. Το αμερικανικό σύστημα τέθηκε για πρώτη φορά σε εφαρμογή το καλοκαίρι του 1999.

Απάντηση: σε λειτουργία βρίσκονται δύο — το ιαπωνικό ΝΗΚ Ηi-Vision και το αμερικανικό DTV. (Το ευρωπαϊκό MAC εγκαταλείφθηκε.)

1. Το ιαπωνικό ΝΗΚ Ηi-Vision (σελ. 305): χρησιμοποιεί 1125 γραμμές σάρωσης, λόγο πλευρών εικόνας 16:9, ενδιάμεση σάρωση 60 πεδίων το δευτερόλεπτο (30 άρτια, τριάντα περιττά) και ξεχωριστή εκπομπή σημάτων φωτεινότητας και χρωμικότητας, με εύρος ζώνης 20 MHz για τη φωτεινότητα και 10 ΜΗz για τη χρωμικότητα. Η συμπίεσή του (σελ. 306): το μεγάλο εύρος ζώνης κάνει σχεδόν αδύνατη τη… ψηφιακή επεξεργασία των σημάτων, με σκοπό τη συμπίεση του εύρους ζώνης του οπτικού σήματος στα 8 περίπου MHz. Η συμπίεση γίνεται με δειγματοληψία του αρχικού σήματος που ακολουθείται από υποδειγματοληψία 3:1. Αυτό σημαίνει ότι από κάθε τρεις κουκίδες μιας εικόνας εκπέμπεται μόνο η μία. Το τίμημα (σελ. 306): στα κινούμενα… μέρη εμφανίζεται μετατόπιση των κουκίδων… η οποία προκαλεί ένα είδος «μουτζουρώματος» που ελαττώνει την ευκρίνεια περίπου στο μισό.

2. Το αμερικανικό DTV (σελ. 306): είναι εξ ολοκλήρου ψηφιακό· για τον περιορισμό του εύρους ζώνης συχνοτήτων των σημάτων επιλέχτηκαν τεχνικές συμπίεσης ψηφιακών δεδομένων, γνωστές και δοκιμασμένες από τη βιομηχανία ηλεκτρονικών υπολογιστών. Το «ανοιχτό» πρότυπο (σελ. 306): υιοθετήθηκε ένα «ανοιχτό» πρότυπο, με μόνους περιορισμούς να μη χρησιμοποιούνται περισσότερα από ένα εκατομμύριο εικονοστοιχεία για κάθε πλαίσιο και να μην υπερβαίνει, μετά τη συμπίεση, το εύρος ζώνης του ψηφιακού σήματος αυτό μιας συνηθισμένης εκπομπής του συστήματος NTSC. Τα υποστηριζόμενα πρότυπα (σελ. 306)
```
480p  – 640 × 480   εικονοστοιχεία, προοδευτική σάρωση  (4:3)
720p  – 1280 × 720  εικονοστοιχεία, προοδευτική σάρωση  (16:9)
1080i – 1920 × 1080 εικονοστοιχεία, ενδιάμεση σάρωση    (16:9)
```
Για συμπίεση του ψηφιακού σήματος χρησιμοποιείται το σύστημα MPEG-2. Η ονομασία (σελ. 306): γι' αυτό το αμερικανικό σύστημα, αντί να ονομάζεται HDTV, επικράτησε να ονομάζεται DTV (Digital TV, ψηφιακή τηλεόραση).

Το εγκαταλελειμμένο ευρωπαϊκό MAC (σελ. 306): Multiplexed Analog Components, πολυπλεγμένες αναλογικές συνιστώσες· θα χρησιμοποιούσε 625 γραμμές σάρωσης, λόγο πλευρών εικόνας 16:9, ενδιάμεση σάρωση 50 πεδίων το δευτερόλεπτο και δυνατότητα ταυτόχρονης υποστήριξης των συστημάτων PAL και SECAM· αποδείχτηκε χαμηλής ποιότητας και γι' αυτό εγκαταλείφθηκε.

Ο συγκριτικός πίνακας | | Hi-Vision | DTV | |---|---|---| | προέλευση | Ιαπωνία | Αμερική | | φύση | αναλογικό | εξ ολοκλήρου ψηφιακό | | γραμμές | 1125 | 480 / 720 / 1080 | | λόγος πλευρών | 16:9 | 4:3 και 16:9 | | σάρωση | ενδιάμεση, 60 πεδία/s | προοδευτική ή ενδιάμεση | | συμπίεση | υποδειγματοληψία 3:1 | MPEG-2 | | έναρξη | 1989 | 1999 |

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε λειτουργία βρίσκονται δύο συστήματα, το ιαπωνικό και το αμερικανικό, ενώ το ευρωπαϊκό εγκαταλείφθηκε οριστικά το χίλια εννιακόσια ενενήντα τρία. Το ιαπωνικό, που ονομάζεται ΝΗΚ Hi-Vision και άρχισε να εκπέμπει το χίλια εννιακόσια ογδόντα εννέα, είναι αναλογικό και χρησιμοποιεί χίλιες εκατόν είκοσι πέντε γραμμές σάρωσης, λόγο πλευρών δεκαέξι προς εννέα, ενδιάμεση σάρωση εξήντα πεδίων ανά δευτερόλεπτο και ξεχωριστή εκπομπή φωτεινότητας και χρωμικότητας, με εύρος ζώνης είκοσι και δέκα μεγαχερτς αντίστοιχα· η συμπίεση στα οκτώ περίπου μεγαχερτς γίνεται με υποδειγματοληψία τρία προς ένα. Το αμερικανικό, που ονομάζεται DTV και τέθηκε σε εφαρμογή το χίλια εννιακόσια ενενήντα εννέα, είναι εξ ολοκλήρου ψηφιακό, με ανοιχτό πρότυπο που υποστηρίζει μεταξύ άλλων τις μορφές τετρακόσια ογδόντα p, επτακόσια είκοσι p και χίλια ογδόντα i, και χρησιμοποιεί συμπίεση MPEG δύο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 16 — Η συμπίεση ψηφιακών δεδομένων

Ερώτηση: 16. Τι ονομάζουμε συμπίεση ψηφιακών δεδομένων και γιατί τη χρησιμοποιούμε;

Απάντηση:

Ο ορισμός (σελ. 308): η συμπίεση στηρίζεται σε μια σειρά υπολογιστικών μεθόδων, από τις οποίες προκύπτει μια ομάδα δεδομένων, η οποία με τη σειρά της περιγράφει μια άλλη μεγαλύτερη ομάδα δεδομένων. Για να χρησιμοποιήσουμε τα συμπιεσμένα δεδομένα, πρέπει να ακολουθήσουμε την αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή να τα «αποσυμπιέσουμε».

Η προέλευση (σελ. 307): αυτή η συμπίεση αποτελεί τεχνολογία που προήλθε από το χώρο των ηλεκτρονικών υπολογιστών, γιατί στηρίζεται σε υπολογιστικές μεθόδους. Η συμπίεση των ψηφιακών δεδομένων αρχικά αναπτύχθηκε για να λύσει το πρόβλημα της αποθήκευσης μεγάλου όγκου δεδομένων, αλλά κατόπιν χρησιμοποιήθηκε κυρίως για να διευκολύνει τη μετάδοση ψηφιακών πληροφοριών μεταξύ υπολογιστών. Χωρίς αυτή τη συμπίεση δεν θα ήταν, για παράδειγμα, δυνατή η σημερινή διάδοση του internet.

Γιατί τη χρειαζόμαστε — τα μεγέθη (σελ. 308): όλα τα ψηφιακά δεδομένα μπορούν να υποστούν συμπίεση, αλλά εκείνα που τη χρειάζονται περισσότερο είναι τα δεδομένα που αντιστοιχούν σε εικόνες και ήχους. | Παράδειγμα | Μέγεθος | |---|---| | εικόνα 640 × 480, 24 bit/εικονοστοιχείο | 7.372.800 bit, δηλαδή 900 kB | | 1 δευτερόλεπτο ήχου CD (2 κανάλια, 44.100 δείγματα… 16 bit) | 1.411.200 bit, δηλαδή 172 kB | | τρίλεπτο τραγούδι | 30 MB | Το συμπέρασμα (σελ. 308): είναι φανερό ότι, για να περιορίσουμε το μέγεθος αυτών των αρχείων, πρέπει να τα συμπιέσουμε.

Οι δύο βασικοί λόγοι χρήσης | # | Λόγος | |---|---| | 1 | αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων σε περιορισμένο χώρο | | 2 | μετάδοση μέσα από κανάλι περιορισμένου εύρους ζώνης |

Η εφαρμογή στην ψηφιακή τηλεόραση (σελ. 307): το πρότυπο της ψηφιακής τηλεόρασης υψηλής ευκρίνειας βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στη συμπίεση των ψηφιακών δεδομένων· και (σελ. 306): για τον περιορισμό του εύρους ζώνης συχνοτήτων των σημάτων επιλέχτηκαν τεχνικές συμπίεσης ψηφιακών δεδομένων, γνωστές και δοκιμασμένες από τη βιομηχανία ηλεκτρονικών υπολογιστών.

Η σύνδεση με τη χωρητικότητα του καναλιού (σελ. 294): αφού Rmax = B·log2(1 + S/N), το κανάλι έχει πεπερασμένη χωρητικότητα — η συμπίεση είναι ο μόνος τρόπος να χωρέσει περισσότερη πληροφορία στον ίδιο ρυθμό bits.

Το επιτευχθέν αποτέλεσμα (σελ. 306): χάρη στη συμπίεση, στο κανάλι που εκπέμπεται ένα πρόγραμμα υψηλής ευκρίνειας μπορούν… να εκπεμφθούν τέσσερα κανάλια κοινής ευκρίνειας.

Η ανακεφαλαίωση (σελ. 314): για ελάττωση της ποσότητας των μεταδιδόμενων ψηφιακών πληροφοριών χρησιμοποιούμε μεθόδους συμπίεσης ψηφιακών δεδομένων. Υπάρχουν απωλεστικές και μη απωλεστικές μέθοδοι.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Συμπίεση ψηφιακών δεδομένων ονομάζουμε τη σειρά υπολογιστικών μεθόδων από τις οποίες προκύπτει μια ομάδα δεδομένων που περιγράφει μια άλλη, μεγαλύτερη ομάδα δεδομένων· για να χρησιμοποιήσουμε τα συμπιεσμένα δεδομένα πρέπει να ακολουθήσουμε την αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή να τα αποσυμπιέσουμε. Η τεχνολογία προήλθε από τον χώρο των ηλεκτρονικών υπολογιστών, αναπτύχθηκε αρχικά για να λύσει το πρόβλημα της αποθήκευσης μεγάλου όγκου δεδομένων και κατόπιν χρησιμοποιήθηκε κυρίως για να διευκολύνει τη μετάδοση· χωρίς αυτήν δεν θα ήταν δυνατή η σημερινή διάδοση του διαδικτύου. Τη χρειαζόμαστε ιδίως για εικόνες και ήχους, όπου τα μεγέθη είναι τεράστια: μια εικόνα εξακοσίων σαράντα επί τετρακοσίων ογδόντα εικονοστοιχείων με είκοσι τέσσερα bit χρώματος πιάνει εννιακόσια κιλομπάιτ, ενώ ένα τρίλεπτο τραγούδι σε ποιότητα CD τριάντα μεγαμπάιτ. Στην ψηφιακή τηλεόραση η συμπίεση επιτρέπει να χωρέσουν τέσσερα κανάλια κοινής ευκρίνειας στη θέση ενός υψηλής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 17 — Απωλεστικές και μη απωλεστικές μέθοδοι συμπίεσης

Ερώτηση: 17. Σε τι διαφέρουν οι απωλεστικές και οι μη απωλεστικές μέθοδοι συμπίεσης δεδομένων μεταξύ τους;

Απάντηση:

Η διάκριση (σελ. 308): υπάρχουν δύο κατηγορίες μεθόδων συμπίεσης δεδομένων, οι απωλεστικές και οι μη απωλεστικές. Με την πρώτη κατηγορία τα δεδομένα που παίρνουμε μετά την αποσυμπίεση δεν είναι ίδια με αυτά που είχαμε πριν τη συμπίεση. Αυτές τις μεθόδους τις χρησιμοποιούμε μόνο για συμπίεση αρχείων εικόνας και ήχου. Με τη δεύτερη κατηγορία τα δεδομένα παραμένουν ίδια πριν και μετά και γι' αυτό αυτές οι μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιοδήποτε τύπο δεδομένων.

Ο συγκριτικός πίνακας | | Μη απωλεστικές | Απωλεστικές | |---|---|---| | δεδομένα μετά | παραμένουν ίδια πριν και μετά | δεν είναι ίδια με αυτά που είχαμε πριν | | πεδίο χρήσης | οποιοδήποτε τύπο δεδομένων | μόνο για συμπίεση αρχείων εικόνας και ήχου | | μέθοδοι | RLE, LZW, Huffman | JPEG, MPEG, ΜΡ-3 | | λόγος συμπίεσης | συνήθως δεν επιτυγχάνουν λόγους συμπίεσης καλύτερους από 2:1 (50%) | 10:1 και άνω |

Πώς λειτουργούν οι μη απωλεστικές (σελ. 308): οι μη απωλεστικές μέθοδοι στηρίζονται όλες στον εντοπισμό σειρών από επαναλαμβανόμενα ψηφιακά δεδομένα, τα οποία το πρόγραμμα συμπίεσης αντικαθιστά με κάποιο «δείκτη». Η διαδικασία μπορεί να επεκτείνεται σε πολλαπλά επίπεδα και στο τέλος επισυνάπτεται στο συμπιεσμένο αρχείο ένας πίνακας, στον οποίο δηλώνονται οι αντιστοιχίες των δεικτών με τα δεδομένα που αντικαθιστούν. Το παράδειγμα του βιβλίου (σελ. 308): από τη φράση «Νάτος ο κ. Καπάτος νάτος γεμάτος και φορτσάτος» ένα πρόγραμμα μη απωλεστικής συμπίεσης θα αντικαθιστούσε τους χαρακτήρες «άτος» με κάποιο άλλο σύμβολο (πχ. το #)… Η αρχική φράση έχει 47 χαρακτήρες, ενώ η συμπιεσμένη 27. Αυτό αντιστοιχεί σε λόγο συμπίεσης 1,7:1. Οι επιμέρους μέθοδοι (σελ. 308): η μέθοδος RLE χρησιμοποιείται μόνο για συμπίεση αρχείων εικόνων, κυρίως μονόχρωμων σχεδίων, όπου έχει και τα καλύτερα αποτελέσματα. Οι μέθοδοι LZW και Huffman είναι γενικής χρήσης.

Γιατί χρειάζονται οι απωλεστικές (σελ. 308-309): αν και οι μη απωλεστικές μέθοδοι έχουν το πλεονέκτημα της ακριβούς ανάκτησης των δεδομένων μετά την αποσυμπίεση, συνήθως δεν επιτυγχάνουν λόγους συμπίεσης καλύτερους από 2:1 (50%). Στα αρχεία εικόνας και ήχου επιθυμούμε όμως λόγους συμπίεσης 10:1 ή καλύτερους. Για να πετύχουμε τέτοια αποτελέσματα, πρέπει να απορρίψουμε κάποια από τα αρχικά δεδομένα.

Γιατί λειτουργεί η απόρριψη (σελ. 309): αυτό συνεπάγεται υποβάθμιση της ποιότητας των εικόνων και των ήχων που θα προκύψουν, η οποία όμως, ως ένα σημείο, δεν γίνεται αντιληπτή, εξαιτίας ορισμένων ιδιομορφιών στον τρόπο που λειτουργεί η όραση και η ακοή μας. Η επιτυχία κάθε μεθόδου εξαρτάται από το πόσο καλά εκμεταλλεύεται αυτές τις ιδιομορφίες, για να προσφέρει τον καλύτερο συμβιβασμό ποιότητας και συμπίεσης.

Οι αξιοποιούμενες ιδιομορφίες | Μέθοδος | Ιδιομορφία | |---|---| | JPEG | η μειωμένη ευαισθησία της όρασης στα χρώματα (σελ. 309) | | MPEG | η κινούμενη εικόνα αποτελείται από διαδοχικές ακίνητες εικόνες… που διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους (σελ. 309-310) | | ΜΡ-3 | η ακοή μας δεν μπορεί να αντιληφθεί έναν ήχο που έχει γειτονική συχνότητα μ' έναν άλλον ισχυρότερο ήχο (σελ. 310) |

Η ανακεφαλαίωση (σελ. 314): για συμπίεση ψηφιακών πληροφοριών εικόνας και ήχου χρησιμοποιούμε απωλεστικές μεθόδους συμπίεσης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι δύο κατηγορίες διαφέρουν στο αν τα δεδομένα ανακτώνται ακέραια. Με τις μη απωλεστικές μεθόδους τα δεδομένα παραμένουν ίδια πριν και μετά τη συμπίεση, γι' αυτό και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιονδήποτε τύπο δεδομένων· τέτοιες είναι οι RLE, LZW και Huffman, οι οποίες στηρίζονται στον εντοπισμό σειρών από επαναλαμβανόμενα δεδομένα, που αντικαθίστανται με δείκτες, ενώ στο συμπιεσμένο αρχείο επισυνάπτεται πίνακας αντιστοιχιών. Με τις απωλεστικές μεθόδους τα δεδομένα που παίρνουμε μετά την αποσυμπίεση δεν είναι ίδια με τα αρχικά, γι' αυτό και χρησιμοποιούνται μόνο για αρχεία εικόνας και ήχου· τέτοιες είναι οι JPEG, MPEG και MP-3. Η ανάγκη τους προκύπτει από το ότι οι μη απωλεστικές σπάνια ξεπερνούν λόγο συμπίεσης δύο προς ένα, ενώ στα αρχεία εικόνας και ήχου επιθυμούμε δέκα προς ένα ή καλύτερους. Η υποβάθμιση δεν γίνεται αντιληπτή, γιατί οι μέθοδοι εκμεταλλεύονται ιδιομορφίες της όρασης και της ακοής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 18 — Η μέθοδος συμπίεσης JPEG

Ερώτηση: 18. Πώς λειτουργεί η μέθοδος συμπίεσης δεδομένων JPEG;

Απάντηση:

Η ονομασία (σελ. 309): η μέθοδος JPEG (Joint Photographic Experts Group) — χρησιμοποιείται για αρχεία ακίνητης εικόνας (σελ. 308).

Τα βήματα (σελ. 309) | # | Βήμα | |---|---| | 1 | λειτουργεί μετατρέποντας αρχικά τις RGB πληροφορίες των εικονοστοιχείων της εικόνας σε πληροφορίες φωτεινότητας και χρωμικότητας του κόκκινου και του μπλε (YCrCb) | | 2 | εκμεταλλευόμενη τη μειωμένη ευαισθησία της όρασης στα χρώματα, η μέθοδος χρησιμοποιεί υποδειγματοληψία και ελαττώνει τις πληροφορίες για τις χρωμικότητες στο μισό ή το ένα τέταρτο του αρχικού (μορφές 4:2:2 ή 4:2:0). Με τον τρόπο αυτό προκύπτει μια πρώτη συμπίεση των δεδομένων | | 3 | στη συνέχεια, η εικόνα χωρίζεται σε τμήματα μεγέθους 8x8 εικονοστοιχείων | | 4 | σε κάθε τέτοιο τμήμα εφαρμόζονται πολύπλοκοι μαθηματικοί μετασχηματισμοί και προκύπτουν 64 νούμερα που περιγράφουν τη φωτεινότητα και τη χρωμικότητα του κάθε εικονοστοιχείου της ομάδας | | 5 | οι μικρότεροι απ' αυτούς τους αριθμούς στρογγυλοποιούνται στο μηδέν. Όσο περισσότεροι αριθμοί μηδενιστούν τόσο μεγαλύτερη συμπίεση θα πετύχουμε και τόσο χειρότερη θα είναι η ποιότητα της τελικής εικόνας | | 6 | επειδή τα πολλά μηδενικά σχηματίζουν επαναλαμβανόμενες ομάδες, εφαρμόζεται στο τέλος και συμπίεση Huffman, η οποία δίνει το τελικό μικρό μέγεθος στα συμπιεσμένα αρχεία |
```
 RGB ─►[YCrCb]─►[υποδειγματοληψία]─►[τμήματα 8×8]─►[μετασχηματισμός]
     ─►[στρογγυλοποίηση μικρών]─►[Huffman]─► συμπιεσμένο αρχείο
```
Η αξιοποιούμενη ιδιομορφία της όρασης — η μειωμένη ευαισθησία στα χρώματα, την ίδια που αξιοποιεί και η έγχρωμη τηλεόραση (κεφ. 5, σελ. 191: η διακριτική ικανότητα του ματιού στις διαφοροποιήσεις των χρωμάτων είναι σαφώς μικρότερη από τη διακριτική ικανότητα της φωτεινότητας).

Η ρύθμιση της ποιότητας: το βήμα 5 είναι ακριβώς ο «μοχλός» — περισσότερα μηδενικά σημαίνει μικρότερο αρχείο αλλά χειρότερη εικόνα.

Το αποτέλεσμα (σελ. 309): με τη μέθοδο JPEG μπορούμε να πετύχουμε συμπίεση έως και 10:1, χωρίς αισθητή υποβάθμιση της ποιότητας της εικόνας. Με μεγαλύτερους λόγους συμπίεσης αρχίζουν να γίνονται εμφανή τα τμήματα 8x8, κυρίως στα σημεία όπου υπάρχουν απαλοί χρωματικοί τόνοι.
```
(α) χωρίς συμπίεση  (β) 6:1  (γ) 16:1 ← ορατά τα τετράγωνα 8×8
```
Ο υβριδικός χαρακτήρας: η JPEG είναι απωλεστική στα βήματα 2 και 5, αλλά χρησιμοποιεί και μη απωλεστική συμπίεση (Huffman) στο βήμα 6 — δηλαδή συνδυάζει τις δύο κατηγορίες.

Η επέκτασή της (σελ. 309): η συμπίεση MPEG… και οι εκδοχές της… στηρίζονται στη μέθοδο JPEG, για να συμπιέσουν κινούμενη εικόνα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η μέθοδος JPEG, από το Joint Photographic Experts Group, χρησιμοποιείται για αρχεία ακίνητης εικόνας και λειτουργεί σε έξι βήματα. Πρώτον, μετατρέπει τις πληροφορίες R, G και B των εικονοστοιχείων σε πληροφορίες φωτεινότητας και χρωμικότητας του κόκκινου και του μπλε. Δεύτερον, εκμεταλλευόμενη τη μειωμένη ευαισθησία της όρασης στα χρώματα, χρησιμοποιεί υποδειγματοληψία και ελαττώνει τις πληροφορίες χρωμικότητας στο μισό ή στο ένα τέταρτο, επιτυγχάνοντας μια πρώτη συμπίεση. Τρίτον, χωρίζει την εικόνα σε τμήματα οκτώ επί οκτώ εικονοστοιχείων. Τέταρτον, σε κάθε τμήμα εφαρμόζει πολύπλοκους μαθηματικούς μετασχηματισμούς, από τους οποίους προκύπτουν εξήντα τέσσερις αριθμοί. Πέμπτον, στρογγυλοποιεί στο μηδέν τους μικρότερους από αυτούς· όσο περισσότεροι μηδενίζονται, τόσο μεγαλύτερη είναι η συμπίεση και τόσο χειρότερη η ποιότητα. Και έκτον, εφαρμόζει συμπίεση Huffman. Έτσι επιτυγχάνεται συμπίεση έως και δέκα προς ένα χωρίς αισθητή υποβάθμιση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 19 — Η μέθοδος συμπίεσης MPEG

Ερώτηση: 19. Πώς λειτουργεί η μέθοδος συμπίεσης δεδομένων MPEG;

Απάντηση:

Η ονομασία και η βάση (σελ. 309): η συμπίεση MPEG (Motion Pictures Experts Group) και οι εκδοχές της MPEG-1, MPEG-2 καθώς και η επερχόμενη MPEG-4 στηρίζονται στη μέθοδο JPEG, για να συμπιέσουν κινούμενη εικόνα, δηλαδή ψηφιακό βίντεο.

Η βασική παρατήρηση (σελ. 309-310): To MPEG βασίζεται στην παρατήρηση ότι η κινούμενη εικόνα αποτελείται από διαδοχικές ακίνητες εικόνες (πλαίσια) που διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους. Έτσι, δεν είναι απαραίτητο να αποθηκεύονται ή να αποστέλλονται όλα τα δεδομένα κάθε επόμενου πλαισίου, αλλά μονάχα εκείνα που έχουν μεταβληθεί.

Τα τρία είδη πλαισίων (σελ. 310) | Πλαίσιο | Περιεχόμενο | Λόγος συμπίεσης | |---|---|---| | I-Frames (πλαίσια αναφοράς) | πλήρεις εικόνες, συμπιεσμένες κατά JPEG, για να καλύψουν τις ριζικές αλλαγές των σκηνών | 7:1 | | P-Frames (προβλεπτικά) | μονάχα εκείνα τα δεδομένα που έχουν μεταβληθεί | 20:1 | | B-Frames (διπλής κατεύθυνσης) | οι πληροφορίες των διαφορών όχι μόνο από το προηγούμενο πλαίσιο, αλλά και από το επόμενο | έως 50:1 | Ο λόγος ύπαρξης των B-Frames (σελ. 310): για να καλυφθεί και η περίπτωση όπου τα κινούμενα αντικείμενα στην εικόνα αποκαλύπτουν άλλα αντικείμενα κρυμμένα πίσω τους, υπάρχουν από την έκδοση MPEG-2 και μετά τα προβλεπτικά πλαίσια διπλής κατεύθυνσης.

Η σειρά τους (σελ. 310): τα παραπάνω πλαίσια διαδέχονται το ένα το άλλο σε μια σειρά της μορφής
```
I Β Β Ρ Β Β Ρ ... κλπ.
```
Η συχνότητα των πλαισίων αναφοράς (σελ. 310): τα πλαίσια αναφοράς εμφανίζονται τουλάχιστο μια φορά το δευτερόλεπτο. Αν στην ταινία υπάρχει έντονη δράση, τα πλαίσια αναφοράς εμφανίζονται συχνότερα, για να καλύψουν τις απότομες αλλαγές των πλάνων και γι' αυτό ο ρυθμός ροής των δεδομένων στην κωδικοποίηση MPEG δεν είναι σταθερός. Το ανώτατο όριο (σελ. 310): η μέθοδος πάντως προβλέπει ένα ανώτατο όριο σ' αυτό το ρυθμό, για να εξασφαλίσει ότι η κωδικοποίηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε εφαρμογές πραγματικού χρόνου (πχ. ψηφιακές κάμερες).

Η αξιολόγηση (σελ. 310): η μέθοδος MPEG είναι πολύ απαιτητική σε υπολογιστική ισχύ, αλλά ταυτόχρονα είναι πολύ αποδοτική στη συμπίεση.

Η επέκταση για τον ήχο (σελ. 310): η προδιαγραφή MPEG-2 περιλαμβάνει, εκτός από τα παραπάνω, και πρόβλεψη για συμπίεση πέντε καναλιών ήχου που συνοδεύουν την εικόνα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πολυγλωσσικές εφαρμογές, για αναπαραγωγή περιβάλλοντος ήχου κλπ.

Η εφαρμογή στην ψηφιακή τηλεόραση (σελ. 306): για συμπίεση του ψηφιακού σήματος χρησιμοποιείται το σύστημα MPEG-2· και (κεφ. 5, σελ. 197) το D2MAC χρησιμοποιεί χρονική πολυπλεξία (TDM).

Η δομή της συμπίεσης — δύο επίπεδα | Επίπεδο | Τι εκμεταλλεύεται | |---|---| | χωρικό (μέσω JPEG) | την ομοιότητα γειτονικών εικονοστοιχείων μέσα στο ίδιο πλαίσιο | | χρονικό (P, B-Frames) | την ομοιότητα διαδοχικών πλαισίων στον χρόνο |

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η μέθοδος MPEG, από το Motion Pictures Experts Group, στηρίζεται στη μέθοδο JPEG για να συμπιέσει κινούμενη εικόνα και βασίζεται στην παρατήρηση ότι η κινούμενη εικόνα αποτελείται από διαδοχικά πλαίσια που διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους· έτσι δεν χρειάζεται να αποστέλλονται όλα τα δεδομένα κάθε πλαισίου, αλλά μόνο εκείνα που έχουν μεταβληθεί. Χρησιμοποιεί τρία είδη πλαισίων. Τα πλαίσια αναφοράς είναι πλήρεις εικόνες συμπιεσμένες κατά JPEG, στέλνονται ανά τακτά διαστήματα για να καλύψουν τις ριζικές αλλαγές σκηνών και έχουν λόγο συμπίεσης επτά προς ένα. Τα προβλεπτικά πλαίσια περιέχουν μόνο τις διαφορές από το προηγούμενο και φτάνουν το είκοσι προς ένα. Και τα προβλεπτικά πλαίσια διπλής κατεύθυνσης, που υπάρχουν από την έκδοση MPEG δύο και μετά, περιέχουν τις διαφορές τόσο από το προηγούμενο όσο και από το επόμενο πλαίσιο και φτάνουν το πενήντα προς ένα. Η σειρά τους είναι της μορφής I, B, B, P, B, B, P και ούτω καθεξής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 20 — Η μέθοδος συμπίεσης ΜΡ-3

Ερώτηση: 20. Πώς λειτουργεί η μέθοδος συμπίεσης δεδομένων ΜΡ-3;

Απάντηση:

Η ονομασία (σελ. 310): η συμπίεση ΜΡ-3 (MPEG Audio layer 3) για τα ηχητικά δεδομένα.

Η βασική παρατήρηση (σελ. 310): βασίζεται στην παρατήρηση ότι η ακοή μας δεν μπορεί να αντιληφθεί έναν ήχο που έχει γειτονική συχνότητα μ' έναν άλλον ισχυρότερο ήχο. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται «ηχητική σκίαση», γιατί ο δεύτερος ήχος «καλύπτει» τον πρώτο. Οι παράγοντες (σελ. 310): η ηχητική σκίαση είναι εντονότερη όσο πιο κοντά βρίσκονται οι συχνότητες των δύο ήχων και όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στην έντασή τους.
```
 πλάτος
   │      █ ισχυρός ήχος
   │     ╱ ╲ ← περιοχή σκίασης
   │  ▁ ╱   ╲ ▁
   └──┴──────┴──► f
    (οι ασθενείς γείτονες δεν ακούγονται → απαλείφονται)
```
Τα βήματα (σελ. 310) | # | Βήμα | |---|---| | 1 | λαμβάνουν τα ψηφιακά δεδομένα για το πλάτος του ακουστικού σήματος στις διάφορες χρονικές στιγμές | | 2 | με περίπλοκους μαθηματικούς μετασχηματισμούς υπολογίζουν το πλάτος του ακουστικού σήματος στις διάφορες συχνότητες (ανάλυση φάσματος) | | 3 | χωρίζουν το ακουστικό φάσμα σε 576 διαφορετικές περιοχές και εντοπίζουν μέσα σε κάθε περιοχή το πιο ισχυρό σήμα | | 4 | τα δεδομένα που αντιστοιχούν σε όλα τα άλλα σήματα απαλείφονται, γιατί, εφόσον σκιάζονται από το πιο ισχυρό, δε γίνονται ακουστά | | 5 | σ' αυτά που απομένουν εφαρμόζεται συμπίεση Huffman, για ακόμη μεγαλύτερη ελάττωση του αρχικού όγκου των δεδομένων |

Η ασυμμετρία της υπολογιστικής επιβάρυνσης (σελ. 311): η συμπίεση ΜΡ-3 είναι ιδιαίτερα απαιτητική σε υπολογιστική ισχύ, αλλά η αναπαραγωγή (αποσυμπίεση) των αρχείων ήχου που παράγει είναι εύκολη. Η πρακτική συνέπεια: γι' αυτό ακριβώς μπορούν να υπάρχουν μικρές, φθηνές, φορητές συσκευές αναπαραγωγής, ενώ η κωδικοποίηση απαιτεί υπολογιστή.

Το αποτέλεσμα (σελ. 311): αρχεία συμπιεσμένα κατά ΜΡ-3 φτάνουν λόγους συμπίεσης 20:1, χωρίς μεγάλη υποβάθμιση της ποιότητας του ήχου. Η επαλήθευση με τα μεγέθη (σελ. 308): ένα τρίλεπτο τραγούδι των 30 MB γίνεται περίπου 1,5 MB.

Οι εφαρμογές (σελ. 311): με το σύστημα ΜΡ-3 λειτουργεί εδώ και αρκετά χρόνια το Mini-Disk της Sony, ενώ ήδη κυκλοφορούν φορητές συσκευές που αναπαράγουν αρχεία ΜΡ-3 αποθηκευμένα στη μνήμη τους, ακριβώς λόγω του μικρού μεγέθους αυτών των αρχείων.

Η αντιστοιχία με τις άλλες μεθόδους | Μέθοδος | Ιδιομορφία που εκμεταλλεύεται | Τελικό βήμα | |---|---|---| | JPEG | μειωμένη ευαισθησία της όρασης στα χρώματα | Huffman | | MPEG | ομοιότητα διαδοχικών πλαισίων | JPEG + Huffman | | ΜΡ-3 | ηχητική σκίαση | Huffman | — και οι τρεις καταλήγουν σε μη απωλεστική συμπίεση Huffman για το τελευταίο «σφίξιμο».

Η ανακεφαλαίωση (σελ. 314): επικρατέστερες είναι η JPEG για συμπίεση αρχείων ακίνητων εικόνων, η MPEG για συμπίεση αρχείων κινούμενων εικόνων (βίντεο) και η ΜΡ-3 για συμπίεση αρχείων ήχου.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η συμπίεση MP-3, από το MPEG Audio layer 3, αφορά ηχητικά δεδομένα και βασίζεται στην παρατήρηση ότι η ακοή μας δεν μπορεί να αντιληφθεί έναν ήχο που έχει γειτονική συχνότητα με έναν άλλον ισχυρότερο· το φαινόμενο ονομάζεται ηχητική σκίαση και είναι εντονότερο όσο πιο κοντά βρίσκονται οι δύο συχνότητες και όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά έντασής τους. Τα προγράμματα συμπίεσης λαμβάνουν τα ψηφιακά δεδομένα του πλάτους στις διάφορες χρονικές στιγμές και, με περίπλοκους μαθηματικούς μετασχηματισμούς, υπολογίζουν το πλάτος στις διάφορες συχνότητες, δηλαδή κάνουν ανάλυση φάσματος. Στη συνέχεια χωρίζουν το ακουστικό φάσμα σε πεντακόσιες εβδομήντα έξι περιοχές και εντοπίζουν σε κάθε μία το ισχυρότερο σήμα· τα δεδομένα όλων των άλλων απαλείφονται, αφού σκιάζονται και δεν γίνονται ακουστά. Τέλος εφαρμόζεται συμπίεση Huffman. Η μέθοδος είναι απαιτητική σε υπολογιστική ισχύ κατά τη συμπίεση, αλλά η αναπαραγωγή είναι εύκολη, και επιτυγχάνει λόγους είκοσι προς ένα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 21 — Η αμφίδρομη τηλεόραση και το μοντέλο της

Ερώτηση: 21. Τι ονομάζουμε αμφίδρομη τηλεόραση; Να σχεδιαστεί το βασικό μοντέλο της.

Απάντηση:

Η αφετηρία (σελ. 311): η τηλεόραση, με τη μορφή που οι περισσότεροι από εμάς γνωρίζουμε, είναι ένα μονόδρομο μέσο επικοινωνίας. Από τη στιγμή που θα συντονιστεί σε κάποιο τηλεοπτικό σταθμό, αναπαράγει σταθερά τη ροή του προγράμματός του, χωρίς δυνατότητα άλλης επέμβασης του θεατή σ' αυτό, πέρα από την αλλαγή του σταθμού.

Ο ορισμός (σελ. 311): οι εταιρείες και οι οργανισμοί που δραστηριοποιούνται στο χώρο της τηλεόρασης προσπάθησαν σε αρκετές χώρες να προσφέρουν στους τηλεθεατές τη δυνατότητα να επεμβαίνουν στο πρόγραμμα που παρακολουθούν στις οθόνες τους και όχι απλώς να το επιλέγουν. Οι μέθοδοι και οι τεχνικές που προτείνονται για την πραγματοποίηση αυτού του σκοπού αναφέρονται γενικά ως «αμφίδρομη τηλεόραση».

Το βασικό μοντέλο (Σχ. 9.6.1, σελ. 311)
```
 ┌────────────┐  ──── περιεχόμενο προγράμματος ────►  ┌──────────┐
 │ Τηλεοπτικός│  ── κανάλι προώθησης αλληλεπίδρασης ─► │  Δέκτης  │
 │  σταθμός   │                                        │ τηλεθεατή│
 │            │  ◄─ κανάλι επιστροφής αλληλεπίδρασης ─ │          │
 └────────────┘        (εκπομπές του χρήστη)           └──────────┘
```
Τα τρία κανάλια (σελ. 311-312) | Κανάλι | Κατάσταση | |---|---| | περιεχόμενο προγράμματος | υπάρχει και στα κλασικά συστήματα· αναφέρεται στη ροή του κοινού τηλεοπτικού προγράμματος | | κανάλι προώθησης αλληλεπίδρασης | υπάρχει εγκαταστημένο εδώ και αρκετά χρόνια με τη μορφή του τηλεκείμενου (teletext) | | κανάλι επιστροφής αλληλεπίδρασης | το νέο στοιχείο — για να γίνει όμως η τηλεόραση αμφίδρομη, απαιτείται και το κανάλι επιστροφής της αλληλεπίδρασης |

Η λειτουργία του καναλιού επιστροφής (σελ. 312): μέσα απ' αυτό ο τηλεθεατής, αντιδρώντας στο περιεχόμενο του προγράμματος ή σε ερεθίσματα προερχόμενα από το κανάλι προώθησης αλληλεπίδρασης, στέλνει με τη βοήθεια κατάλληλου χειριστηρίου τις εντολές του στον τηλεοπτικό σταθμό και διαμορφώνει το περιεχόμενο του προγράμματος κατά τις επιθυμίες του.

Οι προσφερόμενες υπηρεσίες (σελ. 312): η αμφίδρομη τηλεόραση είναι μια υπηρεσία συνδρομητική, που μπορεί να προσφέρει στους πελάτες της πλήθος από δυνατότητες, άγνωστες στην κοινή τηλεόραση. Έτσι, για παράδειγμα, οι συνδρομητές μπορούν να συμμετέχουν σε τηλεπαιχνίδια, να υποβάλλουν ερωτήσεις σε συνεντεύξεις, να συμμετέχουν σε ψηφοφορίες, να κάνουν τηλεαγορές και κυρίως να παραγγέλνουν τις τηλεοπτικές ταινίες που επιθυμούν να παρακολουθήσουν. Αυτή η τελευταία υπηρεσία της αμφίδρομης τηλεόρασης ονομάζεται «Video On Demand» (VOD, βίντεο κατά παραγγελία) και διαφημίζεται ως το πλέον ελκυστικό χαρακτηριστικό της.

Οι μελλοντικές προοπτικές (σελ. 312): με την εμφάνιση της ψηφιακής τηλεόρασης νέες εφαρμογές προβλέπονται για τις αμφίδρομες υπηρεσίες. Έτσι, η τηλεόραση θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέσο περιήγησης στο διαδίκτυο (internet) και ως πύλη για τη μεταφορά («κατέβασμα») προϊόντων λογισμικού. Η απαιτούμενη για όλα αυτά τεχνολογία βρίσκεται όμως ακόμη υπό εξέλιξη.

Το κίνητρο (σελ. 311): το γεγονός αυτό κρίνεται αρνητικά από τους περισσότερους τηλεθεατές και προκαλεί αρκετά σχόλια σε βάρος της τηλεόρασης και των φορέων της.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Αμφίδρομη τηλεόραση ονομάζουμε το σύνολο των μεθόδων και τεχνικών που προσφέρουν στους τηλεθεατές τη δυνατότητα να επεμβαίνουν στο πρόγραμμα που παρακολουθούν και όχι απλώς να το επιλέγουν, σε αντίθεση με την κοινή τηλεόραση, η οποία είναι μονόδρομο μέσο επικοινωνίας. Το βασικό μοντέλο περιλαμβάνει τον τηλεοπτικό σταθμό, τον δέκτη του τηλεθεατή και τρία κανάλια μεταξύ τους. Το πρώτο είναι το περιεχόμενο του προγράμματος, δηλαδή η ροή του κοινού τηλεοπτικού προγράμματος, που υπάρχει και στα κλασικά συστήματα. Το δεύτερο είναι το κανάλι προώθησης αλληλεπίδρασης, το οποίο υπάρχει επίσης εδώ και χρόνια με τη μορφή του τηλεκειμένου. Και το τρίτο, που είναι το νέο στοιχείο, είναι το κανάλι επιστροφής της αλληλεπίδρασης· μέσα από αυτό ο τηλεθεατής, με κατάλληλο χειριστήριο, στέλνει τις εντολές του στον σταθμό και διαμορφώνει το πρόγραμμα κατά τις επιθυμίες του. Πρόκειται για συνδρομητική υπηρεσία, με κορυφαία εφαρμογή το Video On Demand.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 22 — Πώς εξασφαλίζεται η λειτουργία της αμφίδρομης τηλεόρασης

Ερώτηση: 22. Πώς εξασφαλίζεται η λειτουργία της αμφίδρομης τηλεόρασης;

Απάντηση:

Το κρίσιμο ζήτημα (σελ. 312): η εξασφάλιση του καναλιού επιστροφής αντιπροσωπεύει ένα αρκετά μεγάλο πρόβλημα για την αμφίδρομη τηλεόραση.

Οι δύο βασικές υλοποιήσεις (σελ. 312): προτείνονται δύο βασικές υλοποιήσεις | # | Υλοποίηση | Περιγραφή | |---|---|---| | 1 | ασύρματη | ασύρματη εκπομπή στην περιοχή των UHF, μέσω της υπάρχουσας κεραίας του δέκτη προς τοπικούς δέκτες συγκέντρωσης των εκπομπών επιστροφής ή μέσω ενός κυψελοειδούς συστήματος επικοινωνίας παρόμοιου με αυτό των κινητών τηλεφώνων | | 2 | καλωδιακή | καλωδιακή σύνδεση μέσα από συστήματα καλωδιακής τηλεόρασης ή μέσω των κοινών ή ISDN τηλεφωνικών συνδέσεων |
```
 Ασύρματη:                      Καλωδιακή:
 [δέκτης]──UHF──►[τοπικός]       [δέκτης]──καλώδιο/τηλέφωνο──►
         ή κυψελοειδές δίκτυο            (καλωδιακή TV ή ISDN)
```
Το κριτήριο επιλογής (σελ. 312): κάθε λύση έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και η επιλογή βασίζεται στην προϋπάρχουσα υποδομή. Εδώ φαίνεται ότι οι τηλεφωνικές συνδέσεις κερδίζουν το προβάδισμα, γιατί βρίσκονται εγκαταστημένες ουσιαστικά σε κάθε σπίτι, ακόμη και σε περιοχές που δε διαθέτουν προηγμένες τηλεοπτικές υπηρεσίες.

Τι υπάρχει ήδη (σελ. 311): τα άλλα δύο κανάλια δεν απαιτούν νέα υποδομή — το «περιεχόμενο προγράμματος» και το «κανάλι προώθησης αλληλεπίδρασης» υπάρχουν και στα κλασσικά συστήματα τηλεόρασης. Το πρώτο αναφέρεται στη ροή του κοινού τηλεοπτικού προγράμματος, ενώ το δεύτερο υπάρχει εγκαταστημένο εδώ και αρκετά χρόνια με τη μορφή του τηλεκείμενου (teletext).

Ο εξοπλισμός του χρήστη (σελ. 312): ο τηλεθεατής… στέλνει με τη βοήθεια κατάλληλου χειριστηρίου τις εντολές του στον τηλεοπτικό σταθμό.

Το επιχειρηματικό μοντέλο (σελ. 312): η αμφίδρομη τηλεόραση είναι μια υπηρεσία συνδρομητική — δηλαδή η οικονομική βιωσιμότητα εξασφαλίζεται από τις συνδρομές.

Οι υπηρεσίες που εξασφαλίζονται (σελ. 312) | # | Υπηρεσία | |---|---| | 1 | να συμμετέχουν σε τηλεπαιχνίδια | | 2 | να υποβάλλουν ερωτήσεις σε συνεντεύξεις | | 3 | να συμμετέχουν σε ψηφοφορίες | | 4 | να κάνουν τηλεαγορές | | 5 | να παραγγέλνουν τις τηλεοπτικές ταινίες που επιθυμούν — «Video On Demand» (VOD) |

Η επόμενη γενιά (σελ. 312): με την εμφάνιση της ψηφιακής τηλεόρασης νέες εφαρμογές προβλέπονται για τις αμφίδρομες υπηρεσίες. Έτσι, η τηλεόραση θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέσο περιήγησης στο διαδίκτυο (internet) και ως πύλη για τη μεταφορά («κατέβασμα») προϊόντων λογισμικού. Η επιφύλαξη (σελ. 312): η απαιτούμενη για όλα αυτά τεχνολογία βρίσκεται όμως ακόμη υπό εξέλιξη.

Η ανακεφαλαίωση (σελ. 314): η αμφίδρομη τηλεόραση επιτρέπει στους τηλεθεατές να επεμβαίνουν στο πρόγραμμα που παρακολουθούν. Για να μπορεί να γίνει αυτό, πρέπει να υπάρχει τηλεπικοινωνιακή σύνδεση μεταξύ κάθε τηλεθεατή και του τηλεοπτικού σταθμού που αυτός παρακολουθεί. Αυτή η σύνδεση μπορεί να είναι είτε ενσύρματη είτε ασύρματη.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η λειτουργία της αμφίδρομης τηλεόρασης εξασφαλίζεται με την ύπαρξη τηλεπικοινωνιακής σύνδεσης μεταξύ κάθε τηλεθεατή και του τηλεοπτικού σταθμού, δηλαδή με το κανάλι επιστροφής της αλληλεπίδρασης, του οποίου η εξασφάλιση αποτελεί και το μεγαλύτερο πρόβλημα. Προτείνονται δύο βασικές υλοποιήσεις. Η πρώτη είναι ασύρματη, με εκπομπή στην περιοχή των δεκατομετρικών κυμάτων μέσω της υπάρχουσας κεραίας του δέκτη προς τοπικούς δέκτες συγκέντρωσης, ή μέσω κυψελοειδούς συστήματος επικοινωνίας παρόμοιου με εκείνο των κινητών τηλεφώνων. Η δεύτερη είναι καλωδιακή, μέσα από συστήματα καλωδιακής τηλεόρασης ή μέσω των κοινών ή ISDN τηλεφωνικών συνδέσεων. Κάθε λύση έχει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και η επιλογή βασίζεται στην προϋπάρχουσα υποδομή· φαίνεται ότι οι τηλεφωνικές συνδέσεις κερδίζουν το προβάδισμα, γιατί βρίσκονται εγκατεστημένες ουσιαστικά σε κάθε σπίτι. Τα άλλα δύο κανάλια, το πρόγραμμα και η προώθηση μέσω τηλεκειμένου, υπάρχουν ήδη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Προηγούμενο Στοιχείο

Επιστροφή στην Ενότητα

Επόμενο