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符号化と伝送

目次


音声信号の符号化

アナログとディジタル

アナログ
  • 連続量
  • ノイズの弱い
  • 情報落ちしない
ディジタル
  • 離散量
  • ノイズに強い
  • データ量のコントロール可能
  • ディジタル化することでIP網を使った伝送が可能となる

通信品質

IP電話の品質
クラスR値遅延
A80超固定電話水準
B70超携帯電話水準
C50超それ以外

符号化の手順

  1. 標本化(サンプリング):アナログ信号を単位時間ごとに区切る工程。(サンプリング周波数 標本化を行う際の周期)
  2. 量子化:標本化することで得られた標本値を整数化すること。(量子化ノイズ 整数化することで失われた情報)
  3. 符号化:量子化した値を基にディジタルデータを作成すること。

群分類

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画像信号の符号化

フルHD(Full High Definition)

画像サイズは1920×1080ピクセル。家庭用テレビでもおなじみの規格。白黒でも2,073,600ビットの容量が必要。ARGBで表現すると6MB以上のデータになる。動画ではこれが一秒に数十枚必要となる。

画像データ圧縮の手法

画像データの規格

動画・音楽配信データ規格

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符号化したデータの伝送

同期ミスによってデータがずれる可能性がある。

同期

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回線制御

変調方式

ディジタルデータをアナログデータに変換する際には、搬送波と呼ばれる信号に変調を加えてディジタルデータの0と1に対応させる。

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トラフィック理論

呼

アーラン

呼量を表す単位。呼量は「単位時間あたりの通話量」

呼量= 呼数×平均回線保留時間 単位時間

呼損率

発呼に対し着呼できない状態の確立

アーランのB式

B= A^n/n! 1+A+A^2/2!+A^3/3!…A^n/n!
呼損率
回線数
0.0010.0020.0030.0050.010.020.030.050.1
10.00100.00200.00300.0050.01010.02040.03090.05260.111
20.04580.06530.08060.1050.1530.2230.2820.3810.595
30.1940.2490.2890.3490.4550.6020.7150.6991.27
40.4390.5350.6020.7010.8691.091.261.522.05
50.7620.9000.9941.131.361.661.882.222.88
61.151.331.451.621.912.282.542.963.76
71.581.601.952.162.502.943.253.744.67
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待ち行列理論

待ち行列モデル

待ち行列の計算に必要な要素

M/M/1モデルの公式

窓口利用率(ρ)ρ=λ/μ
平均サービス時間(Ts)Ts=1/μ
平均サービス量(μ)μ=1/Ts
平均到着率(λ)λ=1/Ta
平均到着時間間隔(Ta)Ta=1/λ
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誤り制御

ノイズなどの要因によってデータが破損した場合、検出して再送したり、その場で回復したりする処理のこと

誤り制御の方法

「訂正」>「発見」>「そのままの状態」で計算時間や伝送データ量が大きくなる

  1. 誤り検出により再送を行う方法:パリティチェック、CRC
  2. ARQ(Automatic Repeat Request):オートマティックリピートリクエスト方式。誤りを検出したパケットを再送するように要求する。

  3. 誤り訂正により自己修復を行う方法:ハミング符号
  4. FEC(Forward Error Correction):フォワードエラーコレクション方式。データの再送なしに受信側が冗長データから正常なデータを復元する。

jitter:アナログ通信が伝送中にゆがみ、ディジタル変換するタイミングにずれが生じること。伝送誤りの原因の一つ

パリティチェック

最もシンプルな検査方法。7ビットのデータを送信する場合、8ビット目に誤り検出用のパリティビットをふかしてデータの整合性を検査する。

ビット誤り率(Bit Error Rate):受信したデータ中にある誤りデータの比率のこと。

パリティチェックのバリエーション

CRC(Cyclic Redundancy Check)

送信するデータに生成多項式を適用して、誤り検出用の冗長データを添付する方式。パリティチェックに対してさらに複雑な演算を行うことで、バースト誤りも検出できる点が特徴。CRCの演算負荷は非常に大きく、現在ではCRC処理用の専用チップを用いることで解消している。(教科書P81)

バースト誤り:データが連続してエラーを起こす特性を指す

ITU-T勧告V.41:x^16+x^12+x^5+1

ハミング符号

情報ビットに対して検査ビットを付加し、2ビットまでの誤り検出と、1ビットの誤り自動訂正機能を提供する

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