Δικτυακός τόπος για τις Τεχνολογίες Audio, Video, HiFi, High End, Home Entertainment
Greek site for Audio Video & Home Entertainment technologies
Tελευταία Ενημερωση/Last Update: Τρίτη, 17/10/2006


english abstract

Πρωτοσέλιδο Aρχείο Νέων Αρθρα Τεχνολογία HowTo Δίσκοι Αναφοράς Links Contact About

LOCATION BAR►ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ►TI ΑΚΡΙΒΩΣ ΕΙΝΑΙ ΤΟ JITTER;

AV BLOG 

SITE MAP

Tί είναι τελικώς το Jitter;

1. Ο ορισμός του Jitter - Δείγματα και μπαλάκια του τένις...
2. Πόσα είδη Jitter υπάρχουν;
3. Μπορούμε να μετρήσουμε, να ακούσουμε και να μειώσουμε το Jitter;
4. H ανάκτηση του σήματος χρονισμού (clock recovery) και το PLL

Ενα από τα πλέον ακαθόριστα προβλήματα των ψηφιακών συστημάτων, το jitter έχει την τάση να εμφανίζεται όταν δεν μπορούμε να εξηγήσουμε κάποιο πρόβλημα βασισμένοι σε μια άλλη, περισσότερο συμβατική, αιτία.  Κι όμως, η φύση του είναι απλή και η κατανόησή της εύκολη.  Οπως άλλωστε αρμόζει σε κάθε πραγματικά σοβαρό πρόβλημα που λύνεται δύσκολα -όταν λύνεται...
ΙΣΩΣ Η ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ ΔΥΣΚΟΛΙΑ ΜΑΣ στην κατανόηση του jitter να βρίσκεται στον ίδιο τον ορισμό του.  Σε αντίθεση με τα συνήθη προβλήματα των συστημάτων ήχου, τα οποία συνήθως αφορούν το ίδιο το ηχητικό σήμα, στην περίπτωση του jitter αυτό δεν ισχύει καθώς η σχέση του με το τελευταίο είναι, όπως θα δούμε, έμμεση.
Ας αρχίσουμε με τον επίσημο ορισμό: Ο διεθνής οργανισμός τηλεπικοινωνιών (ITU) περιγράφει το jitter ως "τις στιγμιαίες αποκλίσεις καθοριστικών τμημάτων ενός ψηφιακού σήματος σε σχέση με τις ιδανικές θέσεις τους στον χρόνο". Για τους μηχανικούς τηλεπικοινωνιών η φράση αυτή λέει πολλά (και το ίδιο συμβαίνει με όλους όσοι έχουν ασχοληθεί έστω και ελάχιστα με το θέμα) αλλά σε πρώτη ανάγνωση, ο ορισμός δεν μας βοηθά και πολύ.
To παράδειγμα με τις μπάλες του τένις: Αν ο παρατηρητής της τρελής μηχανής κάνει καλά τη δουλειά του, τότε τα δοχεία που περιέχουν τα μπαλάκια θα ισαπέχουν...
Τα πράγματα μπορούν να γίνουν περισσότερο κατανοητά, αν φανταστεί κανείς την εξης διαδικασία: Ενας παρατηρητής κάθεται απέναντι από ένα βολτόμετρο το οποίο μετρά την τάση ενός ηχητικού σήματος (όπως αυτή βγαίνει από ένα μικρόφωνο). Δίπλα στο βολτόμετρο υπάρχει ένα ακριβέστατο χρονόμετρο και δίπλα στον παρατηρητή μας υπάρχει ένα μεγάλο καλάθι με μπαλάκια του τένις. Κάθε δευτερόλεπτο, όπως το βλέπει ο παρατηρητής μας στο χρονόμετρό του, εξετάζει το βολτόμετρο, παίρνει ένα μπαλάκι, γράφει επάνω του την τιμή της τάσης και στην συνέχεια το ρίχνει σε μία οπή στο πάτωμα. Η οπή αυτή οδηγεί σε μία ταινία μεταφοράς επάνω στην οποία τοποθετείται ένα δοχείο, για κάθε τέτοιο μπαλάκι. Η έξοδος μιας τέτοιας τρελής μηχανής, είναι διακριτά δείγματα ενός αναλογικού σήματος το πρώτο στάδιο (όπως ίσως γνωρίζετε) ενός μετατροπέα A/D. Tα προβλήματά μας ξεκινούν από την στιγμή που ο παρατηρητής μας εισάγει μία καθυστέρηση ανάμεσα στην στιγμή που πρέπει να ρίξει το μπαλάκι στο δοχείο και στην στιγμή που πραγματικά το ρίχνει.  Στην ιδανική περίπτωση, η όλη διαδικασία απαιτεί ακριβώς ένα δευτερόλεπτο και επομένως τα δοχεία με τα μπαλάκια επάνω στην ταινία μεταφοράς θα απέχουν ακριβώς τόσο. Στην συνήθη περίπτωση, όμως, θα υπάρχουν καθυστερήσεις ή και προπορείες (ο παρατηρητής μας μπορεί να είναι αργός ή να βιάζεται...) για διάφορους λόγους με αποτέλεσμα τα δοχεία να μην ισαπέχουν. Και στις δύο περιπτώσεις το θεωρητικό μας μέγεθος παραμένει σταθερό και είναι συχνότητα δειγματοληψίας όπως την ορίζει το χρονόμετρο, αλλά το αποτέλεσμα στην πράξη διαφορετικό: Τα δείγματά μας, δηλαδή τα δοχεία με τα μπαλάκια του τένις, δεν ισαπέχουν στην έξοδο της μηχανής! Αν κάποιος σας καλούσε να κρίνετε την ποιότητα της μηχανής, αφού εξετάζατε την ακρίβεια του χρονομέτρου και του βολτομέτρου, και επιβεβαιώνατε ότι υπάρχουν άφθονα μπαλάκια και δοχεία, θα επικεντρώνατε την κριτική σας στον παρατηρητή: Θα λέγατε -πιθανόν- ότι δεν διατηρεί τον ρυθμό του σταθερό, στο ένα μπαλάκι ανά δευτερόλεπτο, και ότι δεν μπορείτε να είστε βέβαιος ούτε για το ποιά είναι η διακύμανση του ρυθμού αυτού. Ισως, μάλιστα, θα είχατε υπολογίσει και την μέγιστη και ελάχιστη απόκλισή του (πόσο πιο γρήγορος ή πόσο πιο αργός ήταν κατά την περίοδο της παρατήρησης). Με απλά λόγια, θα είχατε ανακαλύψει ότι το σύστημα εισάγει Jitter!
... ενώ αν καθυστερεί ή είναι πιο γρήγορος από όσο πρέπει, τότε τα δοχεία δεν θα ισαπέχουν.  Επειδή τα συστήματα που έπονται χρησιμοποιούν τον ρυθμό με τον οποίο κυκλοφορούν τα δοχεία ως ένδειξη για τον ρυθμό με τον οποίο λαμβάνονται τα δείγματα, αυτό το φαινόμενο, που το ονομάζουμε jitter, δημιουργεί προβλήματα.
Γιατί το Jitter είναι τελικά πρόβλημα;
Aν η μηχανή μας συσκεύαζε απλώς μπαλάκια του τένις, μία απόκλιση στον ρυθμό με τον οποίο αυτά φθάνουν στον συσκευαστή, δεν θα μας πείραζε. Ωστόσο, μην ξεχνάμε ότι στην περίπτωση του ψηφιακού audio μας ενδιαφέρουν δύο πράγματα: Η τιμή κάθε δείγματος και η χρονική θέση του δείγματος αυτού σε σχέση με τα υπόλοιπα γύρω του! Μονο με βάση τις δύο αυτές πληροφορίες, ένας μετατροπέας D/A μπορεί να ξαναδημιουργήσει το αναλογικό σήμα. Ωστόσο, δεν υπάρχει τρόπος ο DAC μας να γνωρίζει την χρονική θέση του δείγματος, παρά μόνο να την υποθέσει: Αν έχουμε κάνει sampling στα 44.1kHz, έχουμε πάρει 44.100 δείγματα του σήματος ανα δευτερόλεπτο, δηλαδή ένα δείγμα ανά 22μS και αυτό ακριβώς θεωρεί ο μετατροπέας ότι συμβαίνει. Αν δεν συμβαίνει, απλώς αναδημιουργείται ένα αναλογικό σήμα που δεν συμπίπτει με το αρχικό.
Αν υποθέσουμε ότι τα δείγματα (κίτρινες μπάλες) που λαμβάνονται από αυτό το ημίτονο επαρκούν για την αναδημιουργία του, τότε η λανθασμένη χρονική σχέση τους (δεξιά) καταλήγει στην δημιουργία ενός ημιτονοειδούς σήματος που ομοιάζει αλλά δεν είναι ίδιο με το πρωτότυπο.
Αυτή η αδυναμία των συστημάτων μετατροπής του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό και του ψηφιακού σε αναλογικό να ανταλλάξουν άμεσα μεταξύ τους πληροφορίες για τον ρυθμό δημιουργίας και επεξεργασίας των δειγμάτων (δηλαδή το γεγονός ότι είναι ασύγχρονα) οφείλεται βεβαίως στο ότι μεσολαβεί μεταξύ τους ένας μεγάλος αριθμός άλλων επεξεργασιών, το μέσο αποθήκευσης (CD, CD-R/RW, DVD, SA-CD, κ.λπ) και αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα (και πιθανόν κάποια χρόνια)... Μια ψηφιακή ηχογράφηση που έγινε στις ΗΠΑ το 1990, ακούγεται σήμερα από ένα cd player στην Αθήνα, επομένως θα πρέπει με κάποιο τρόπο να ενημερώσουμε το τελευταίο για τον ρυθμό αφιξης των δειγμάτων, έστω και εμμέσως...  Στις επόμενες σελίδες θα δούμε πώς γίνεται αυτό, αλλά προς το παρόν αυτό που πρέπει να γνωρίζετε είναι το εξής: Δεν μας αρκεί να πέρνουμε τα διαδοχικά δείγματα την σωστή χρονική στιγμή, όπως αυτή ορίζεται από τον ρυθμό δειγματισμού που έχουμε αρχικώς επιλέξει, αλλά επιπροσθέτως το σύστημά μας σε οποιοδήποτε σημείο του θα πρέπει "να είναι βέβαιο" για το ποιός είναι ο ρυθμός αυτός. Κάθε λάθος πληρώνεται με απόκλιση από το αρχικό σήμα.

Πρωτοσέλιδο | Αρχείο Νέων | Αρθρα | Τεχνολογία | HowTo | Δίσκοι | Links | Contact | Αbout


©Δημήτρης Σταματάκος/Ακραίες Εκδόσεις 2006
Σχετικά με το avmentor.gr (προβλήματα, παρατηρήσεις κ.λπ): webmaster@avmentor.gr Eπαφή με την σύνταξη (ύλη, σχόλια, ερωτήσεις κ.λπ): contact@avmentor.gr