Борис Крук - ...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Известно, что "скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается". В нашем случае как раз все наоборот: эти строки вы читали несоизмеримо дольше, чем происходил описанный выше процесс. Судите сами, очередные четыре бита были "выпущены" всего за две миллионные доли секунды, т. е. почти молниеносно!

Понятно, что объединение потоков становится возможным только за счет укорочения в 4 раза длительности передаваемых импульсов, т. е. фактически за счет уменьшения в 4 раза времени передачи каждого из них. Но как же в этом случае ввести в цифровой поток сигнал цикловой синхронизации, ведь места-то для него нет? Вероятно, путь только один - укоротить информационные импульсы еще чуть-чуть. Пусть они немного потеснятся, тогда в цикле передачи появятся "пустые" временные интервалы, в которые и можно будет вставлять синхросигнал.

Вот как это делается практически. Приходящие на вход системы передачи биты из четырех информационных потоков записываются в ячейки памяти ЗУ, а затем считываются с них и направляются в линию. Зачем так делать? Казалось бы, ничего не изменилось, только аппаратура усложнилась. Но это не так. Поскольку шины записи и считывания ЗУ независимы друг от друга (загляните в главу "Волшебный шкафчик"), становится возможным записывать биты с одной скоростью, а считывать (т. е. распахивать "двери" для импульсов данного потока) - с другой скоростью, чуть чаще. "Прочитали" содержимое ячеек памяти быстрее - вот и появилась во времени "дырка" для вставки синхроимпульсов.

Вспоминается нам курьезный случай, который произошел в одной из общеобразовательных школ. Участникам школьного кинокружка поручили снять небольшой учебный фильм о свободных колебаниях маятника. С помощью нити и груза был сооружен маятник, совершавший за секунду одно колебание, и съемки начались. В одном из эпизодов фильма требовалось показать, что за 10 с маятник совершит 10 колебаний. С этой целью диктор (а фильм сопровождался дикторским текстом, записанным на магнитофон) громко отсчитывал секунды: "Раз", "два", "три"... Когда фильм был готов, состоялась первая его демонстрация в школьном кабинете физики. Зрителей набилось до отказа: еще бы, фильм-то был снят не киностудией, а своими товарищами. И вот на этой же первой демонстрации и случился курьез.

Считали колебания все вместе: и диктор с магнитофона, и зрители, следившие за экраном. И вдруг в зале раздался взрыв смеха. Оказалось, когда зрители, отсчитывая колебания маятника, дружно произнесли слово "десять", из магнитофона донесся четкий счет диктора: "семь", "восемь". Изображение на экране намного опередило дикторский счет, что и привело юных зрителей в неописуемый восторг. Причина оказалась простой. Фильм был снят на 16-миллиметровой пленке любительской кинокамерой, в которой, как известно, пленка "протягивается" со скоростью 16 кадров в секунду. В кинопроекторе эта пленка перемещалась со скоростью 24 кадра. Вот этих-то "ножниц" и не учли школьные кинолюбители. Помог найти выход учитель физики. Удалось уменьшить скорость проектора, сделав ее почти равной 16 кадрам в секунду. Но это "почти"...

Оно-то и не давало нормально демонстрировать фильм. В эпизоде с маятником каждое колебание завершалось чуть раньше, чем проходила очередная секунда, и к концу эпизода число колебаний маятника не совпадало со счетом диктора. Пусть не на много, на такт, всего на один счет, но все же не совпадало!

Неожиданное решение нашел ученик, которого вся школа почему-то звала Галилеем. Наблюдая за кинопроектором с секундомером в руках, этот Галилей подсчитал, что после "укрощения" проектора тот "протаскивал" за 1 с через кадровое окно 17 кадров, т. е. всего на один кадр больше, чем нужно. Возможно, это наблюдение и вызвало "озарение" местного Галилея. Он предложил после каждых 16 кадров данного эпизода, на которых было запечатлено ровно по одному колебанию маятника, вклеить "пустые" кадры, на которых ничего не было снято.

И произошло "чудо". Хотя отдельные колебания длились чуть меньше секунды (кстати, зрители этого практически не замечали), начинались они теперь строго в каждую следующую секунду. Расхождений со счетом уже не было. Произошло "выравнивание" дикторского текста и изображения на экране.

Мы вспомнили этот забавный случай, так как увидели в нем прямую аналогию с тем, что происходит в цифровой системе передачи. Действительно, кинопленку легко представить себе в виде запоминающего устройства. Кадры на ней - это "импульсы" информации. Запись информации в наше импровизированное ЗУ (съемка на пленку) ведется со скоростью более низкой, чем считывание ее (освещение кадров проекционной лампой) из памяти. Таким образом, передача (проекция на экран) каждого импульса информации (кадра) занимает при повышенной скорости меньшее время, чем при нормальной. Это приводит к тому, что появляются "пустые" временные интервалы (вклеенные кадры без изображения), в которые ничего не передается (мелькает белое пятно во весь экран).

Любопытно, что за рубежом неоднократно предпринимались попытки использовать такие "пустые", не занятые изображением, кадры на кинопленке для рекламы. В проводимых экспериментах в художественный фильм вставлялась реклама, например, одного из прохладительных напитков. Понятно, что эти редкие, разбросанные по фильму кадры не воспринимались зрителями в явном виде: слишком короткий миг существовал каждый из них на экране, и мозг не успевал их анализировать. Однако такая кратковременная информация может оказывать воздействие на человека на подсознательном уровне. И эксперименты подтвердили это: выходя из кинотеатра после сеанса, ничего не подозревающие зрители буквально штурмом брали автоматы с рекламируемым напитком, в то время как стоящие рядом автоматы с другими напитками, казалось, никого не интересовали.

Ну, а в системах передачи образовавшиеся "пустые" интервалы служат вовсе не для передачи рекламы. В них вставляют биты цикловой синхронизации. Тактовые импульсы, управляющие записью информации в ЗУ, и тактовые импульсы, считывающие ее оттуда, хотя и следуют с разной частотой, строго синхронизированы между собой. Поскольку различие между ними остается постоянным во времени, "пустые" интервалы появляются всегда через одно и то же число бит, т. е. расстояние между ними не меняется. А это, как вы помните, весьма важно для регулярной повторяемости синхросигнала.

...Мчатся потоки битов. Объединяются и вновь мчатся дальше, но с еще большей скоростью. Мерно отбивают такты генераторы. Стройным хором хлопают "дверями" мультиплексоры и демультиплексоры. Множество различных микросхем направляют, разрешают, запрещают, дают указания, отменяют их. Словом, цифровая система передачи неустанно и добросовестно грудится, выполняя свою нелегкую миссию. Сложнейший организм, начиненный сплошь электроникой, работает четко и слаженно. И в этом "заслуга" прежде всего его "главного руководителя" - системы синхронизации. Воздадим же ей должную хвалу и перенесем взор на следующую главу. Из нее мы узнаем...