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redes digitales
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Codificación digitalSe entiende por Codificación en el contexto de la Ingeniería al proceso de conversión de un sistema de
datos de origen a otro sistema de datos de destino. De ello se desprende como corolario que la
información contenida en esos datos resultantes deberá ser equivalente a la información de origen. Un
modo sencillo de entender el concepto es aplicar el paradigma de la traducción entre idiomas en el
ejemplo siguiente: home = hogar. Podemos entender que hemos cambiado una información de un
sistema (inglés) a otro sistema (español) y que esencialmente la información sigue siendo la misma. La
razón de la codificación está justificada por las operaciones que se necesiten realizar con posterioridad.
En el ejemplo anterior para hacer entendible a una audiencia hispana un texto redactado en inglés es
convertido al español.
En ese contexto la codificación digital consiste en la traducción de los valores de tensión
eléctrica analógicos que ya han sido cuantificados (ponderados) al sistema binario,
mediante códigos preestablecidos. La señal analógica va a quedar transformada en untren de
impulsos de señal digital (sucesión de ceros y unos). Esta traducción es el último de los procesos que
tiene lugar durante laconversión analógica-digital. El resultado es un sistema binario que está basado en
el álgebra de Boole.
Procesos de la conversión A/D.
Contenido
[ocultar]
1 Códec
o 1.1 Parámetros que definen el códec
2 Codificación del sonido
o 2.1 Ejemplos de Códec de audio
3 Codificación en el entorno de la Televisión digital
4 Codificación digital unipolar
5 Codificación digital polar
o 5.1 NRZ (No retorno a cero)
o 5.2 RZ (Retorno a cero)
o 5.3 Bifase (autosincronizados)
6 Codificación digital bipolar
o 6.1 AMI ("Alternate Mark Inversion")
o 6.2 B8ZS (Bipolar 8-Zero Substitution)
o 6.3 HDB3 (High Density Bipolar 3)
7 Véase también
8 Enlaces externos
9 Referencias
[editar]Códec
El códec es el código específico que se utiliza para la codificación/decodificación de los datos.
Precisamente, la palabra Códec es una abreviatura de Codificador-Decodificador.
[editar]Parámetros que definen el códec
1. Número de canales : Indica el tipo de sonido con que se va a
tratar: monoaural, binaural o multicanal
2. Frecuencia de muestreo : La frecuencia o tasa de muestreo se refiere a la cantidad de
muestras de amplitud tomadas por unidad de tiempo en el proceso de muestreo (uno de los
procesos, junto con el de cuantificación y el de codificación, que intervienen en la digitalización
de una señal periódica). De acuerdo con el Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, la tasa
de muestreo sólo determinará el ancho de banda base de la señal muestreada, es decir,
limitará la frecuencia máxima de los componentes sinusoidales que forman una onda
periódica (como el sonido, por ejemplo). De acuerdo con este teorema, y siempre desde la
perspectiva matemática, una mayor tasa de muestreo para una señal no debe interpretarse
como una mayor fidelidad en la reconstrucción de la señal. El proceso de muestreo es
reversible, lo que quiere decir que, desde el punto de vista matemático, la reconstrucción se
puede realizar en modo exacto (no aproximado). La tasa de muestreo se determina
multiplicando por dos el ancho de banda base de la señal a muestrear
3. Resolución (Número de bits). Determina la precisión con la que se reproduce la señal original.
Se suelen utilizar 8, 10, 16 o 24 bits por muestra. Mayor precisión a mayor número de bits.
4. Bit rate . El bit rate es la velocidad o tasa de transferencia de datos. Su unidad es el bit por
segundo (bps).
5. Pérdida . Algunos códecs al hacer la compresión eliminan cierta cantidad de información, por lo
que la señal resultante, no es igual a la original (compresión con pérdidas).(arquitectura).
[editar]Codificación del sonido
Utiliza un tipo de batistor inalámbrico específicamente diseñado para la compresión
y descompresión de señales de audio: el códec de audio.
[editar]Ejemplos de Códec de audio
PAM (Modulación de amplitud de pulsos). La frecuencia de la portadora debe ser al menos mayor
que el doble de la frecuencia de la señal moduladora. Realiza una cuantificación lineal de
la amplitud de la señal analógica. Actualmente, la principal aplicación principal de una codificación
PAM se encuentra en la transmisión de señales, pues permite el multiplexado (enviar más de una
señal por un sólo canal).
PCM (Pulse Code Modulated) cuya resolución es de 8 bits (1 byte. Utiliza la modulación PAM como
base, pero en lugar de en 8 bits en 7 bits, reservándose el octavo para indicar el signo). al
ADPCM (Adaptative Differential Pulse Code Modulated).
[editar]Codificación en el entorno de la Televisión digital
Durante mucho tiempo se mantuvo un debate en torno a cual de los 2 modelos de codificación
existentes debía imponerse:
Codificación de la señal compuesta se codifica la señal analógica en función del estándar de
televisión que haya en el país donde se está realizando la
codificación: NTSC (EEUU), PAL (Europa), SECAM (Francia). No permite la compatibilidad entre
los estándares.
Codificación por componentes : Se digitaliza la señal analógica utilizando su división por
componentes: luminancia (Y) yCrominancia (subportadoras de color:R-Y y B-Y). La principal ventaja
es que, por primera vez, se pueden mantener la compatibilidad entre estándares. Sólo se requiere
un conversor D/A específico para cada estándar, para mantener, también la compatibilidad con los
estándares analógicos.
El CCIR (Comité Consultivo Internacional de Radio Comunicaciones) emitió en 1982 la norma CCIR
601 de televisión digital por componentes.
[editar]Codificación digital unipolar
La codificación unipolar usa una sola polaridad, codificando únicamente uno de los estados binarios, el
1, que toma una polaridad positiva o negativa, es decir, toman un mismo valor dentro de un tren de
pulso. El otro estado, normalmente el 0, se representa por 0 voltios, es decir, la línea ociosa.
[editar]Codificación digital polar
La codificación polar utiliza dos niveles de voltaje, positivo y negativo.
NRZ (No retorno a cero)
RZ (Retorno a cero)
Bifase (autosincronizados)
[editar]NRZ (No retorno a cero)
El nivel de la señal es siempre positivo o negativo. Los dos métodos más utilizados son:
NRZ-L (Non Return to Zero-L): Un voltaje positivo significa que el bit es un ‘0’, y un voltaje negativo
que el bit es un ‘1’.
NRZ-I (Non Return to Zero, Invert on ones): En esta codificación el bit ‘1’ se representa con la
inversión del nivel de voltaje. Lo que representa el bit ‘1’ es la transición entre un voltaje positivo y
un voltaje negativo, o al revés, no los voltajes en sí mismos. Un bit ‘0’ no provoca un cambio de
voltaje en la señal. Así pues, el nivel de la señal no solo depende del valor del bit actual, sino
también del bit anterior.
[editar]RZ (Retorno a cero)
Utiliza tres valores: positivo, negativo y cero. Un bit ‘1’ se representa por una transición de positivo a
cero y un bit ‘0’ se representa con la transición de negativo a cero, con retorno de voltaje 0 en mitad del
intervalo.
[editar]Bifase (autosincronizados)
En este método, la señal cambia en medio del intervalo del bit, pero no retornó a cero, sino que continua
el resto del intervalo en el polo opuesto. Hay dos tipos de codificación Bifase:
Manchester : Una transición de polaridad de positiva a negativa representa el valor binario ‘0’, y una
transición de negativa a positiva representa un ‘1’.
Manchester Diferencial: Necesita dos cambios de señal para representar el bit ‘0’, pero solo ‘1’ para
representar el bit ‘1’. Es decir, una transición de polaridad inversa a la del bit previo, para
representar el '0' y una transición igual para el '1'.
[editar]Codificación digital bipolar
La codificación digital bipolar, utiliza tres valores:
Positivo
Negativo
Cero
El nivel de voltaje cero se utiliza para representar un bit "cero". Los bits "uno" se codifican como valores
positivo y negativo de forma alternada. Si el primer "uno" se codifica con una amplitud positiva, el
segundo lo hará con una amplitud negativa, el tercero positiva y así sucesivamente. Siempre se produce
una alternancia entre los valores de amplitud para representar los bits "uno", aunque estos bits no sean
consecutivos.
Hay 3 tipos de codificación bipolar:
[editar]AMI ("Alternate Mark Inversion")
Corresponden a un tipo de codificación que representa a los "unos" con impulsos de polaridad
alternativa, y a los "ceros" mediante ausencia de pulsos.
El código AMI genera señales ternarias (+V -V 0), bipolares( + - ), y del tipo RZ o NRZ ( con o sin vuelta
a cero ). La señal AMI carece de componente continua y permite la detección de errores con base en la
ley de formación de los "unos" alternados.En efecto, la recepción de los "unos" consecutivos con igual
polaridad se deberá a un error de transmisión.
Tal y como muestra la figura, la señal eléctrica resultante no tiene componente continua porque las
marcas correspondientes al "1" lógico se representan alternativamente con amplitud positiva y negativa.
Cada impulso es neutralizado por el del impulso siguiente al ser de polaridad opuesta.
Codificando los "unos" con impulsos de polaridad alternativa y los "ceros" mediante ausencia de
impulsos, el código resultante se denomina pseudoternario.
Los códigos AMI ( inversión de marcas alternadas) se han desarrollado para paliar los inconvenientes
que presentan los códigos binarios NRZ y RZ ( el sincronismo y la corriente continua).
El código AMI consigue anular la componente continua de la señal eléctrica. Sin embargo no resuelve la
cuestión de cómo evitar la pérdida de la señasl de reloj cuando se envían largas secuencias de ceros.
Este problema lo solucionan los códigos bipolares de alta densidad de orden N, HDBN ( High Density
Bipolar ) que pertenecen a la familia de los códigos AMI, y que evitan la transmisión de secuencias con
más de N "ceros" consecutivos. El HDB3 es un código bipolar de orden 3.
[editar]B8ZS (Bipolar 8-Zero Substitution)
B8ZS: la sustitución bipolar de 8 ceros, también llamada la sustitución binaria de 8 ceros, el canal claro,
y 64 claros. Es un método de codificación usado sobre circuitos T1, que inserta dos veces sucesivas al
mismo voltaje - refiriéndose a una violación bipolar - en una señal donde ocho ceros consecutivos sean
transmitidos. El dispositivo que recibe la señal interpreta la violación bipolar como una señal de
engranaje de distribución, que guarda(mantiene) la transmisión y dispositivos de encubrimiento
sincronizados. Generalmente, cuando sucesivos "unos" son transmitidos, uno tiene un voltaje positivo y
el otro tiene un voltaje negativo.
Es decir, cuando aparecen 8 "ceros" consecutivos, se introducen cambios artificiales en el patrón
basados en la polaridad del último bit 'uno' codificado:
V: Violación, mantiene la polaridad anterior en la secuencia.
B: Transición, invierte la polaridad anterior en la secuencia.
Los ocho ceros se sustituyen por la secuencia: 000V B0VB
B8ZS está basado en el antiguo método de codificación llamado Alternate Mark Inversion ( AMI).
[editar]HDB3 (High Density Bipolar 3)
El código HDB3 es un buen ejemplo de las propiedades que debe reunir un código de línea para
codificar en banda base:
-El espectro de frecuencias carece de componente de corriente continua y su ancho de banda está
optimizado.
-El sincronismo de bit se garantiza con la alternancia de polaridad de los "unos", e insertando impulsos
de sincronización en las secuencias de "ceros".
Los códigos HDBN (High Density Bipolar) limitan el número de ceros consecutivos que se pueden
transmitir: -HDB3 no admite más de 3 ceros consecutivos. Colocan un impulso (positivo o negativo) en
el lugar del 4º cero.
-El receptor tiene que interpretar este impulso como un cero. Para ello es preciso diferenciarlo de los
impulsos normales que representan a los "unos".
-El impulso del 4º cero se genera y transmite con la misma polaridad que la del impulso precedente. Se
denomina por ello V "impulso de violación de polaridad" ( el receptor reconoce esta violación porque
detecta 2 impulsos seguidos con la misma polaridad).
-Para mantener la componente de corriente continua con valor nulo, se han de transmitir
alternativamente tantas violaciones positivas como negativas ( V+ V- V+ V-... ).
-Para mantener siempre alternada la polaridad de las violaciones V, es necesario en algunos casos
insertar un impulso B "de relleno" ( cuando la polaridad del impulso que precede a la violación V, no
permite conseguir dicha alternancia). Si no se insertaran los impulsos B, las violaciones de polaridad V
del 4º cero serían obligatoriamente del mismo signo.
En HDB3 se denomina impulso a los estados eléctricos positivos o negativos, distintos de "cero". (0
voltios).
Cuando aparecen más de tres ceros consecutivos, estos se agrupan de 4 en 4, y se sustituye cada
grupo 0000 por una de las secuencias siguientes de impulsos: B00V ó 000V.
-B indica un impulso con distinto signo que el impulso anterior. Por tanto, B mantiene laley de
alternancia de impulsos, o ley de bipolaridad, con el resto de impulsos transmitidos.
-V indica un impulso del mismo signo que el impulso que le precede, violando por tanto la ley de
bipolaridad.
El grupo 0000 se sustituye por B00V cuando es par el número de impulsos entre la violación V anterior
y la que se va a introducir.
El grupo 0000 se sustituye por 000V cuando es impar el número de impulsos entre la violación V
anterior y la que se va a introducir.
Así se logra mantener la ley de bipolaridad de los impulsos correspondientes a los "unos", y también la
bipolaridad de las "violaciones" mediante los impulsos B y los impulsos V.
La detección elemental de los errores de transmisión típicos del ruido (inversión, duplicación o
pérdida de impulsos), se realiza simplemente comprobando que los impulsos recibidos por el receptor
cumplen las reglas de polaridad establecidas porla codificación HDB3.
Los errores se suelen detectar en el caso de que aparezcan los 4 ceros consecutivos que no permite el
HDB3 o en el caso de la inserción de un "uno" y que las dos violaciones V+ queden con la misma
polaridad. Sin embargo existen casos en los cuales hay errores que son imposibles de detectar y que
incluso se propagan generando aún más errores.
Por ejemplo en la imagen podemos ver una señasl HDB3 con errores que no detecta el RECEPTOR.
[editar]Véase también
Conversión analógica digital
Compresión digital
Códec
Códec de audio
Códec de video
Codificación Manchester Diferencial
Conversión analógica-digital
Códigos NRZ
Códigos RZ
Código MS43
Compresión de datos
8b10b
EFM y EFM Plus
Códigos en línea
Modulación
capa física
codificación Manchester
codificación Manchester Diferencial
[editar]Enlaces externos
Wikiversidad alberga proyectos de aprendizaje sobre Codificación digital.
2B1Q
4B5B
4B3T
codificación 6b/8b
codificación 64b/66b
B3ZS
B8ZS
CMI
codificación MLT-3
TC-PAM
codificación Miller
código híbrido ternario
código marca bifase