Посвящение в радиоэлектронику
Шрифт:
Обычное телевидение, только сигналы передаются не через эфир, а по кабельной сети. Хотя устройство сети обходится дорого, это лучше, чем лес телевизионных антенн на крышах домов в больших городах.
Собственно, в каждом подъезде наших домов есть сеть кабельного телевидения в миниатюре. Она начинается у коллективной антенны и кончается разветвлением на самом нижнем этаже. Но если все пользователи соединены кабельной сетью, то по ней можно передавать и сообщения, причем в обоих направлениях, используя частотные каналы, не занятые телевидением. Все чаще строятся и специальные цифровые сети для обмена информацией между ЭВМ.
Для сетей связи необязателен кабель. Можно использовать и волноводы, и радиорелейные линии, работающие на СВЧ. и спутниковые каналы. В таблице приведены
Но как же сообщения, переданные в сеть связи, находят нужный терминал? Ведь терминалов подключено к сети тысячи, а то и больше? А как находит телефонный звонок нужного абонента? Мы набираем номер! А как находит письмо адресата? На конверте написан адрес! А как находит сигнал считывания в ЭВМ нужную ячейку памяти? В нем содержится код ячейки. Все точно так же происходит и в сети связи. Каждый «пакет» информации снабжается «адресом» цифровым кодом, расположенным перед посылкой. На входном порте каждого терминала установлен дешифратор, «читающий» все адреса циркулирующих в сети сигналов: «Это не мне, это не мне, стоп! Мой код!». Тут же включается регистр памяти, который и считывает передаваемое сообщение. А на все остальные «пакеты» терминал просто не реагирует. Если учесть, что скорость передачи сигналов в сети огромна, то оказывается, что для передачи «электронного письма» от момента его «написания» до прочтения корреспондентом требуется не более нескольких минут. И при всем при том корреспондент может находиться как в соседней квартире, так и на другом конце земного шара! Вот какие чудеса открывает перед нами вычислительная техника! Однако возникает вопрос: как-то мы будем жить в будущем «электронном мире» без бумаги, без почты и без денег? Интересно и жутковато, но не будем заранее пугаться. Все это наступит не так уж скоро и не сразу, так что постепенно привыкнем. Человек ведь ко всему привыкает.
Роботы, говорящие «механическим» голосом, уже прочно вошли в книги и появились на киноэкране. Заставить ЭВМ говорить сравнительно несложно. Словарный запас она запомнит, и он наверняка будет больше, чем у людоедки Эллочки из известного романа И. Ильфа и Е. Петрова. Звукогенератор тоже можно сделать, и он будет управляться цифровым сигналом с выхода ЭВМ. Голос получится очень ровный, лишенный всякой эмоциональной окраски. Научить машину эмоциям — задача очень сложная, если не сказать невозможная. А вот научить разговаривать ее не «механическим», а вполне человеческим голосом можно.
Микроэлектронный синтезатор речи, «говорящая» СБИС, устроен следующим образом. Часть кристалла отведена под ПЗУ, в которое раз и навсегда занесена информация, полученная преобразованием в цифровой код аналоговых сигналов, соответствующих словам и отдельным фразам, произнесенным диктором перед микрофоном. Эта информация и образует словарный запас синтезатора. При работе ЭВМ наступает момент, когда надо произнести фразу, т. е. выдать результат в «речевом» виде. На кристалле синтезатора расположены дешифратор и счетчик адресов. Они получают команду от ЭВМ, и содержимое соответствующих ячеек памяти поступает на цифро-аналоговый преобразователь, выполненный на том же кристалле. Цифровой код превращается в аналоговый звуковой сигнал и звучит в громкоговорителе.
В зависимости от назначения синтезатора в ПЗУ запоминается либо набор числительных (например, в БИС для часов с устным объявлением времени или при необходимости вывода только цифровой информации), либо набор фонем. Фонема — это элементарный звук речи, соответствующий слогу или одному звуку. В этом случае синтезатором речи
Значительно более сложная задача — заставить машину «понимать» слова, произносимые оператором. Но и здесь достигнуты определенные успехи. Наиболее простой путь состоит в следующем. На этапе «обучения» оператор произносит ряд слов и фраз, которые преобразуются в последовательный двоичный код и запоминаются в ЗУ. Им в соответствие ставятся определенные команды или данные, которые также запоминаются. При работе речевого терминала любая фраза, произнесенная оператором, также превращается в двоичный код и сравнивается с содержимым памяти. Если обнаруживается совпадение, терминал выдаст команду, соответствующую произнесенной фразе.
Таким образом, машина «учится» почти безошибочно работать со «своим» оператором, голос которого она уже «знает» и хранит в памяти. Трудности начинаются, когда одна и та же команда произносится различными людьми, разными голосами и в различном темпе. В этом случае распознавание возможно, но лишь на общих признаках, присущих данной фразе. Здесь мы вплотную соприкасаемся с целой проблемой распознаванием образов. Образ может быть звуковым, видимым (оптическим), электронным и т. д. В любом случае образ можно закодировать путем развертки или иным способом и предложить машине для распознавания в виде двоичного кода. Выделение общих признаков из множества предложенных образов или сигналов осуществляется путем фильтрации. Последняя выполняется во временной, частотной или пространственной области.
Говорящая ЭВМ.
До последнего десятилетия в радиотехнике использовался преимущественно один вид фильтрации — частотная с помощью аналоговых фильтров. Такой фильтр пропускает одни частоты спектра сигнала и задерживает другие. Оказывается, то же самое может сделать и ЭВМ, превратив предварительно сигнал в поток цифровых данных. В этом случае фильтрация представляет собой обработку сигнала по заданной программе. Характеристики цифрового фильтра легко изменять, изменяя программу. Возможности цифровой фильтрации оказались огромными. Один случай — распознавание слов и фраз — мы уже упомянули. Но точно так же можно распознавать изображения, скажем сравнивать изображение на фотокарточке с оригиналом, изображение местности с картой. Смазанный и нечеткий снимок можно превратить в четкий, а зашумленную фонограмму избавить от шумов. Таким способом были восстановлены, например, многие старинные граммофонные записи. В последнем случае используют адаптивные фильтры, параметры которых изменяются в соответствии с сигналом.
Перечень областей применения цифровой обработки сигналов компьютерами можно продолжать до бесконечности, но мне кажется, что читатель несколько утомлен перечислением открывающихся перспектив, и поэтому на некоторое время попрощаемся с ЭВМ, сказав ей через речевой терминал: «До свидания!», и перейдем к другой теме. Машина же, проанализировав ситуацию, ответит что-нибудь, что в переводе на человеческий язык прозвучит как: «Куда вы от меня денетесь? Ведь в любой области науки и техники вам теперь без меня не обойтись». И нам волей-неволей придется с этим согласиться.
11. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И ОПТОЭЛЕКТРОНИКА
В этой главе вас ожидает рассказ о видимых и невидимых лучах, о светящихся кристаллах, о красном луче, позволяющем разговаривать тысяче человек, и о тоненькой ниточке, по которой все сказки «Тысячи и одной ночи» можно передать за несколько минут, о том, как составляют карты и следят за спутниками, а также о многих-многих других возможностях, открываемых нам этой молодой и удивительной техникой — оптоэлектроникой.