Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 2 Kategorier av nätverk och tjänster Kvalitetsmått

Repetition: TCP/IP-modellen Ethernet

Duplex och simplex Simplex = enkelriktad kommunikation. Full duplex = dubbelriktad kommunikation, t.ex. över seriell 4-trådsförbindelse. (Kan vara möjligt över 2-trådsförbindelser utan reflektion.) Halv duplex = en riktning i taget.

LAN, MAN och WAN

Nättopologier för WAN Växlat WAN (stjärnnät) T.ex. X.25 eller ATM Hopkopplade LAN och WAN = internetwork T.ex. Internet. Nätnoder: Växel. Kopplar ihop punkt-till-punkt-länkar. Router=vägväljare, kopplar ihop LAN. (Brygga och Repeater kopplar ihop LAN-segment.) Datorer, terminaler, skrivare, etc.

LAN-topologier 1. Stjärnnät, t.ex. ATM (Växlat nät, dvs flera punkt-till-punkt-länkar). 2. Bussnät, t.ex. Ethernet. (Broadcastnät.) Se animeringar. 3. Ringnät, t.ex. Token Ring och FDDI. (Broadcastnät). Se animering. 4. Hubnät = Fysiskt stjärnnät men logiskt buss- eller ringnät, fysiskt stjärnnät (dvs broadcastnät). Hub=nätnav.

Datakommunikationstjänster Klassiska LAN-tjänster Fjärrinloggning Skrivardelning Fildelning Databasservrar och andra applikationsservrar Säkerhet (inloggning, mm) Central övervakning och drift. WAN-tjänster E-post Filöverföring Www Konferenssystem

Kategorisering av tjänster och protokoll Connection oriented = uppkopplade eller fasta Connectionless = förbindelsefri. Varje meddelande kan gå olika väg, och komma fram i olika ordningsföljd. Reliable = tillförlitliga Kvitterade T.ex. TCP, Telnet, FTP T.ex. E-post, rekommederade brev. Unreliable Okvitterade Datagram T.ex. IP och UDP T.ex. ATM, telefoni.

Synkron och asynkron seriekommunikation Asynkron kommunikation: Startbitar och stoppbitar och eventuell paus mellan varje ord. Ordlängden är vanligen 7 eller 8 bitar. Ofta har man en udda eller jämn paritetsbit efter varje ord. Exempel är RS232 = EIE232 = V.24. + Fördel: Enkel teknik. - Nackdel: Bandbredd ”slösas” på start- och stoppbitar. Synkron seriekommunikation: Antingen separat ledning med bitsynkroniseringssignal, eller så sänder man långa block eller ramar av bitar, som innehåller ramsynkronisering och bitsynkronisering.

Figure 1.17: Multimedia technology classification

Quality of Service (QoS) Kvalitetsmått (service quality measures): Datahastighet (bit rate) Felsannolikhet (bit error rate, block error rate) Tidsfördröjning (delay) Jitter (=delay variation) Med tekniker för garanterad QoS kan man bl.a. göra så att paketförmedlande nät får liknande egenskaper som kretskopplade nät, och därmed kan användas för realtidstjänster.

Fig 1.22b) Buffert för att bekämpa jitter (=delay variation)

Delay och jitter vid paketförmedling

Example 1.2: Propagation delay

Answer

Exempel 1.3: Behov av buffert-minne

Blockfelssannolikhet och bitfelssannolikhet där PB är blockfelssannolikhet, N är antal databitar per block och P är bitfelssannolikhet (Bit Error Rate, BER).

Example 1.1

Answer

Informationsmängd N bit kan representera 2N alternativa värden eller koder. Ex: ASCII-kodens 7 bitar kan representera 27 = 2·2 ·2 ·2 ·2 ·2 ·2 = 128 tecken. En kod som kan anta M alternativa värden har informationsmängden Ex: ISO-latinkodens 256 tecken kräver 2log 256 = 8 bit per tecken.

Växelspänning Periodtid T = t2 - t1. Enhet: s. Frekvens f = 1/T. Enhet: 1/s=Hz. T=1/f. Amplitud Û. Enhet: Volt. Fasläge: 0 i ovanstående exempel. Enhet: Grader eller radianer.

Att digitalisera ljud Nästan sinusformat ljud med periodtid T = Microfon- membranets läge Tid Viloläge 3 mm bakom 2 mm framför T = 0,4ms 0.1ms 0.2ms 0.3ms 0.4ms 0.5ms 0.6ms Ts = 0,1ms Nästan sinusformat ljud med periodtid T = 0.4ms och frekvens f = 1/T = 2500 Hz = 2,5kHz. Samplingsperiod T s = 0.1ms , dvs samplingsfrekvens f = 1/T = 10000 sampels/sek = 10kHz . Kvantisering (=avrundning) till 8 värden. Digitalisering ger 3 bit per värde: 101 000 010 110 000.

Sifferexempel från PSTN = publika telefonnätet: PCM = Pulse Code Modulation = Digitalisering av analoga signaler och seriell överföring Sifferexempel från PSTN = publika telefonnätet: 011011010001... 1 AD-omvand- lare med seriell utsignal DA- omvandlare Antiviknings- filter Sampler Interpola- tionsfilter Högtalare Mikrofon 8 bit per sampel dvs 64000 bps per tfnsamtal 28 = 256 spänningsnivåer 3400- 4000Hz filter 8000 sampels per sek

f < fs/2 Samplingsteoremet Den högsta frekvens som kan samplas är halva samplingsfrekvensen. Om man samplar högre frekvens än fs/2 så byter signalen frekvens, dvs det uppstår vikningsdistorsion (aliasing). För att undvika vikningsdistorsion så har man ett anti-vikningsfilter innan samplingen, som tar bort frekvenser över halva samplingsfrekvensen. Interpolationsfiltret används vid rekonstruktion av den digitala signalen för att ”gissa” värden mellan samplen. Ett ideal interpolationsfilter skulle kunna återskapa den samplade signalen perfekt om den uppfyller samplingsteoremet. I verkligheten finns inga ideala filter. Följdregel: Nyqvist’s sats säger att max datahastighet = 2B2log M, där M är antal nivåer, och B är signalens bandbredd, oftast lika med signalens övre gränsfrekvens.

Frekvenskomponenter i en periodisk signal

Bandbredd = övre gränsfrekvens – undre gränsfrekvens

Sampling och kvantisering

Vikningsdistorsion (aliasin)

Kvantiseringsdistorsion

Att digitalisera bilder Exempel: Rastergrafikrepresentation, dvs. bitmappade bilder. 2 nyanser kräver 1 bit per pixel. Totalt krävs 5 ·5 pixels ·1 bit per pixel = 25 bit per bild.

Exempel: Beräkna informationsmängden. 13x15 pixels och 256 färger 206x233 pixels och 16 färger 206x233 pixels och 256 färger 13x15x8bit = 1560bit bitmappad bild 206x233x4bit = 192000bit bitmappad bild 206x233x8bit = 384000bit bitmappad bild

Att komprimera bilder Vanliga filformat för stillbilder: 8,3kByte vid BMP = Bitmapp. GIF = Graphical Interchange Format JPEG = Joint Photographics Expert Group. (Vårt exempel: 50kbyte.) (Vårt exempel: 28kByte.) 8,3kByte vid 25% distorsion 2,0kByte vid 95% distorsion