Текст книги "Открытия и изобретения ХХ века. Энциклопедия"

Кроме собственно звуковой информации файл MP3 содержит еще и вспомогательную информацию, выполняющую сервисные функции. Речь идет о специальном текстовом поле внутри файла, в которое записываются теги – текстовые данные о параметрах компрессии (битрейте, режиме кодирования стереосигнала, продолжительности воспроизведения) и о содержании файла (название композиции, альбома, имя автора и исполнителя, наименование жанра). Информация в теги может записываться как латинскими, так и кириллическими знаками. Если текст записан кириллицей, по-русски, цифровой проигрыватель должен уметь их воспроизводить – то есть выводить на контрольный дисплей. Этой способностью наделены далеко не все проигрыватели, а только те, в память которых внесены нужные кодовые таблицы и хотя бы один кириллический шрифт. Кроме того, дисплей должен быть графическим (изображение на нем строится из точек). Если же дисплей сегментный (как в наручных часах), то обычно он не выводит содержимое тегов вовсе, только номер воспроизводимого трека и, в крайнем случае, общее время воспроизведения.

Глава 91

Карманные цифровые проигрыватели

Заслуги корпорации Sony в области разработки и производства цифровой аппаратуры для записи и воспроизведения звука (и не только!) невозможно переоценить. Выпустив первые стационарные проигрыватели CD, инженеры компании задумались над портативными аналогами. Успех кассетных проигрывателей Walkman убедительно показал перспективность маленьких носимых устройств для индивидуального пользования. Но создать подлинно портативный цифровой плеер было гораздо сложней, чем крошечный магнитофон. В оптическом приводе используется прецизионная механика – считывающая лазерная головка должна с большой точностью располагаться над информационной дорожкой. Малейшие отклонения приводят к тому, что воспроизведение прерывается. Следовательно, необходим эффективный механизм защиты от сбоев и быстрого восстановления положения лазера. Не будем забывать, что портативный плеер предназначен для использования на ходу. Под музыку люди перемещаются в общественном транспорте, занимаются спортом, просто разгуливают по улице. Подобные условия эксплуатации тепличными не назовешь. Удел портативной техники – экстремальные перегрузки, толчки и сотрясения.

Легкая, почти невесомая конструкция главного двигателя, вращающего диск, перемещаемой шаговым двигателем каретки и самой считывающей головки сами собой решают проблему инерционности деталей привода – возврат сбитой сотрясением головку чтения на информационную дорожку много времени не займет. Но с другой стороны облегченную считывающую головку легче сбить, она будет реагировать на каждое сотрясение. Поскольку избавиться от этого недостатка полностью не удалось, была придумана система буферной памяти. Смысл её работы в том, что считанная с диска информация поступает сначала в буферную память и только потом в ЦАП, где обрабатывается, а затем в виде аналогового электрического сигнала звуковой частоты подается на динамики наушников.

При случайном сбое положения считывающей головки процесс чтения диска прекращается, но воспроизведение продолжается. Пока контроллер каретки ищет нужный участок информационной головки, информация поступает из буферной памяти. Как только головка позиционируется на нужном участке, чтение продолжается, буферная память заполняется и воспроизведение звука, таким образом, не прерывается.

Буферной памятью оснащается подавляющее большинство современных портативных дисковых плееров CD. Но в этом отношении они мало чем отличаются от дешевых моделей, в которых буферной памяти (этот механизм часто называют «антишоком») нет вовсе. Проблема в том, что на начальной стадии производства дисковых плееров для обмена с буферной памятью сжатие звука, экономящее объем дефицитной и дорогой электронной памяти, либо не использовалось совсем, либо применялись весьма несовершенные алгоритмы, приводящие, в конечном счете, к возникновению акустических помех. Поэтому буферную память на дисковых плеерах делают отключаемой.

Если включить «антишок» на Diskman`е (такое имя получил первый портативный цифровой проигрыватель), звук становится глуховатым, плавающим (то есть «замыленным»), повышается уровень помех. В любом случае действие «антишока» опознается на слух, да и от серьёзных сбоев (если плеер сильно встряхнуть или уронить) не помогает. Однако, дорогие совершенные модели способны противостоять вибрациям и без включения буферной памяти. Стабильность работы электромеханической части проигрывателя достигается более жесткой конструкцией шасси, точными и опять же жесткими узлами привода каретки считывающей головки и механизмами механического смягчения сотрясений – амортизаторами и пружинными демпферами. В этом и заключается причина впечатляющей разницы в стоимости бюджетных и дорогих престижных моделей.

Конструктивно портативный плеер CD выглядит, как округлая пластмассовая коробочка с откидывающейся верхней крышкой. На торце корпуса или на откидной крышке располагаются кнопки управления – выключения (кнопка Hold), воспроизведения (Play или темный треугольник острием направо), остановки (надпись Stor или темный квадрат), она же пауза, кнопки перемещения по трекам назад и вперед (кнопки с двойными треугольниками, направленными, соответственно, налево и направо), электронный (в виде двухпозиционной кнопки) или аналоговый (в виде колесика потенциометра) регулятор громкости. Очень часто плееры оснащаются параметрическим эквалайзером – многополосным регулятором тембра, имеющим ряд фиксированных переключаемых установок. Завершает набор кнопка включения-выключения буферной памяти. Это минимальны базовый набор органов управления.

Работу плеера можно проконтролировать визуально по встроенному жидкокристаллическому дисплею. Это небольшой прямоугольный монохромный экран, построенный по сегментной технологии – как в наручных электронных часах. На дисплее высвечивается номер воспроизводимого трека, время воспроизведения, уровень заряда аккумулятора, от которого питается плеер.

Дисковый проигрыватель невелик по размерам, но он не может быть меньше самого диска CD. Как бы тонок, как бы изящен ни был плеер, а в карман его не положишь – во всяком случае, не в любой. Для удобства использования в комплект проигрывателя входит поясная сумочка (которую можно купить и отдельно – на это работает целая индустрия аксессуаров для цифровых проигрывателей всех типов). А чтобы для перехода с трека на трек, для регулировки громкости, переключения пресетов (настроенных на заводе положений регулятора) эквалайзера плеер не приходилось доставать из сумочки, проигрыватели дополняются проводным дистанционным пультом управления.

Портативные цифровые проигрыватели были выпущены ещё в 80-е годы ХХ века. Выпускаются они и сегодня, но, как правило, в более функциональном варианте. С начала нынешнего столетия популярные портативные CD проигрыватели умеют воспроизводить звук не только с традиционных звуковых компакт-дисков, но и с дисков, на которых записаны композиции сжатые кодеком MP3. Их название – проигрыватели CD/MP3. Но наступило время, когда и эти универсальные плееры понемногу сходят со сцены, уступая место другим типам цифровых проигрывателей – на основе флэш-памяти и миниатюрных винчестеров.

В чём здесь дело? Причин несколько. Прежде всего, всеобщая компьютеризация. Плеер CD/MP3 можно использовать и без компьютера, покупая музыкальные диски в обычном магазине. А можно обработать музыкальную коллекцию кодеком МР3, уменьшить количество дисков и носить в своём плеер сразу десяток альбомов на одном диске. Цифровые проигрыватели на основе флэш-памяти и встроенных жестких дисков – это мобильное расширение персонального компьютера. Без компьютера они теряют смысл, так как музыку в память плеера можно переписать только с компьютера и никак иначе. Другая причина – стремление к миниатюризации персональных проигрывателей. Как бы ни был компактен плеер CD/MP3, а меньше самого носителя – компакт-диска – он быть не может в принципе. Современные плееры на основе флэш-памяти могут быть очень небольшими. Это поистине карманные устройства, которые можно носить даже на груди в виде кулона.

Наконец, портативные проигрыватели новых типов это ещё и удобные накопители информации. При подключении они распознаются компьютерами как обычные внешние дисковые накопители. На них можно переписать любую информацию или программы, чтобы перенести на другую машину. Они могут служить в качестве резервных накопителей – для архивного хранения важных документов (говорим исключительно о бытовых устройствах, для профессионального применения эти вещицы, разумеется, не годятся).

Ну а главным достоинством цифровых проигрывателей на основе жёстких дисков является их большая ёмкость – до 60 гигабайт. На таком плеере можно хранить всю домашнюю фонотеку. Правда, миниатюрный винчестер устройство электромеханическое и во время работы чувствителен к сотрясениям и резким перемещениям. Чтобы свести опасность повреждения пластин микровинчестера эти плееры оснащаются буферной памятью большого объёма. В плеерах iPod компании Apple, к примеру, установлен буфер в 32 мегабайта. В результате при воспроизведении файлов, сжатых с битрейтом в 128 kbs винчестер раскручивается примерно раз в 25 минут и останавливается. В бездействующем состоянии головки винчестера припаркованы на специальной дорожке пластин, и риск повреждения жесткого диска крайне невелик.

Остаётся добавить, что первые плееры на основе флэш-памяти появились в самом конце 90-х годов ХХ века, а следом за ними были выпущены и первые проигрыватели на основе жестких дисков. Но время расцвета этих устройств началось позже, в 2001—2003 годы. Сегодня портативные проигрыватели, как и сотовые телефоны, один из бурно развивающихся типов цифровой техники.

Глава 92

Сотовая связь

Иногда событие, самым решительным образом влияющее на ход истории, выглядит вполне обыденно. Никто из множества людей, волей случая ставших свидетелями этого великого события, даже не подозревал, что на их глазах совершается подлинная технологическая революция. Ничего экстраординарного, в общем-то, и не происходило. 8 апреля 1983 года на нью-йоркскую улицу вышел инженер Мартин Купер. Он взял в руки телефон необычной конструкции, набрал номер своего знакомого из конкурирующей компании «Белл лабораториз» и сказал: «Джо, я звоню тебе с настоящего портативного сотового телефона». Именно в этот момент человечество шагнуло в новую эру – общедоступных мобильных коммуникаций…

В разгоревшейся после этого события технологической гонке приняли участие самые разные разработчики из множества стран. В результате на свет появились несовместимые между собой системы, построенные, тем не менее, на общих принципах сотовой телефонии. Базовым было построение общей системы передающих и абонентских станций. Главная станция обеспечивала выход на проводные телефонные станции и, соответственно, обеспечивала связь абонента мобильного телефона с абонентами проводной сети. Сигнал главной станции по радиоканалам передаётся на промежуточные базовые станции-ретрансляторы. Приёмопередающая антенна каждого ретранслятора имеет круговую диаграмму направленности радиосигнала – в форме окружности. При этом окружность зоны уверенного распространения сигнала накладывается на окружности зон распространения сигнала соседних ретрансляторов. Если посмотреть сверху на сочетание этих зон и провести воображаемые линии, соединяющие точки пересечения этих окружностей, то получатся… пчелиные соты! Вот откуда название этого типа беспроводной телефонной связи.

Внутри каждой «соты» абонентский аппарат – мобильный телефон – работает с одним определённым ретранслятором. Но как только абонент перемещается в соседнюю зону и сигнал, принимаемый с первого ретранслятора, становится слабей, чем сигнал, принимаемый со второго ретранслятора, телефон переключается с первой промежуточной станции на вторую. Так происходит постоянно – куда бы не перемещался абонент, он переходит из одной «соты» в другую. При этом уровень принимаемого сигнала остается в приемлемых пределах, а потому разговор не прерывается. Более того, абонент может перемещаться из одной зоны в другую на достаточно большой скорости. Связь при этом тоже не прервётся, если не будет превышена максимальная скорость движения, при которой аппаратура способна своевременно переключить абонентский аппарат с одного ретранслятора на другой…

Итак, конкуренция между разработчиками привела к тому, что в 80-е годы страны Европы (в частности, Великобритания, Франция, Германия и страны Скандинавии) имели собственные несовместимые между собой сотовые сети, что препятствовало распространению сотовой телефонии. Но уже в 1982 году, ещё до начала сооружения европейских сотовых сетей, была создана международная группа по разработке общего для всех стандарта, которая называлась Groupe Special Mobile или GSM. В 1990 году европейский институт телекоммуникационных стандартов, к которому перешли полномочия группы, опубликовал спецификации так называемой «фазы I». И в середине 1991 года началась коммерческая эксплуатация первой сети GSM. Сегодня GSM является самой распространенной системой сотовой связи в мире, а её название расшифровывается иначе – как Global System for Mobile telecommunications.

Следует заметить, что GSM – это первый цифровой стандарт сотовой связи. К моменту принятия решения о его введении в мире уже существовало несколько развитых аналоговых систем, которые можно было принять в качестве общего стандарта (кроме скандинавской NMT, это были английская TACS и американская AMPS). Но разработчики новой системы резонно полагали, что цифровые методы сжатия и кодирования информации значительно расширят применения сотовой связи, обеспечат лучшее качество и предоставят пользователям невиданные ранее сервисы. В сравнении с аналоговыми стандартами GSM имеет целый ряд преимуществ. Главное из них – применение маломощных передатчиков в абонентских аппаратах и в базовых станциях. Это удешевляет саму аппаратуру, но не сказывается на качестве разговоров. Кроме того, информация передаётся в цифровом виде, что обеспечивает высокую конфиденциальность переговоров.

Кратко перечислим лишь некоторые технологии GSM, хотя бы для того, чтобы осознать их сложность. Оцифровка и кодирование звука – первая особенность сотовых телефонов GSM. Поскольку оцифровка звука требует немалых вычислительных ресурсов, запомним, что в каждом сотовом телефоне, даже самом дешевом, работает достаточно мощный специализированный компьютер, который выполняет функции аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей – АЦП и ЦАП.

Далее – в диапазоне 900 МГц и выше (а в сотовой связи стандарта GSM используются радиочастоты 900, 1800 и 1900 МГц) радиосигнал легко отражается от стен зданий и других препятствий. В результате телефон получат множество отличающихся по фазе сигналов, из которых выделяет нужный, а остальные игнорирует. Эта технология называется многоканальным выравниванием.

При передвижении абонента сотовый телефон должен автоматически переходить с частоты на частоту без прерывания сеанса связи. Это обеспечивает технология «медленного частотного скачка», при которой каждая порция информации (а весь поток цифровой информации разделяется на порции в рамках так называемого тайм-слота – временного промежутка) передается по разным частотам.

Ещё одна любопытная технология GSM – прерывистая передача. Обратите внимание, как мы говорим по телефону. Скажем слово, пауза, скажем еще одно слово, снова пауза. Так вот, когда мы молчим, телефон отключает передатчик. Как только заговорим – включает. Этот механизм позволяет свести к минимуму энергопотребление сотового телефона. Умная получается машинка! Еще какая умная – телефон и на прием работает тоже «прерывисто». Во включенном состоянии он ожидает сигнала базовой станции, но включается только на короткое время и тут же отключается… Теперь понятен смысл мигающего светового индикатора на вашем телефоне?

Все сотовые телефоны в зависимости от мощности встроенных радиопередатчиков подразделяются на несколько классов – от 20 ватт (настоящие монстры!), до 0,8 ватт (большинство популярных моделей). Но обычно, когда базовая станция находится рядом с абонентским устройством (а «соты» GSM в больших городах располагаются достаточно густо, чтобы избежать «мертвых» зон между строениями), полная мощность передатчика телефона для поддержания устойчивой связи не нужна. Для регулировки мощности используется механизм анализа количества ошибок при передаче-приёме. На его основе мощность передатчика базовой станции и телефона понижается до уровня, когда качество связи достаточно стабильно. Этот контроль мощности вещь очень тонкая. Большинство жалоб пользователей на плохое качество связи на его «совести»…

GSM не единственный общепринятый стандарт. Его конкурентом является CDMA. Его называют технологией будущего, и вот почему. CDMA (Code Division Multiple Access или «система множественного доступа с кодовым разделением») разработана и запущена в эксплуатацию американской компанией Qualcomm. Это полностью цифровой стандарт, основанный на цифровом кодировании звуковой информации и передаче её по беспроводной радиосети. Именно CDMA принята в качестве международного стандарта для сетей 3G, то есть связи третьего поколения (3 Generation). В чем принципиальное отличие сетей CDMA от GSM? В ориентации нового стандарта (он введен в эксплуатацию только в 1995 году) на высокоскоростной обмен цифровой информацией и предоставлении посредством его расширенного набора сервисов. Основными особенностями системы CDMA является применение на базовых станций целого набора антенн – две работают на прием, ещё одна на передачу. Благодаря этому телефоны CDMA способны связываться с базовой станцией по нескольким каналам сразу (режим называется мультиплексным). Это значительно увеличивает информационный поток, позволяя абоненту не только поддерживать разговор, но и подключаться к Интернету и даже передавать или получать видео, причем, одновременно.

CDMA стандарт перспективный, но это вовсе не означает, что GSM и другие цифровые стандарты сотовой связи вскоре исчезнут. Подавляющему большинству пользователей вполне достаточно сервисов GSM, поэтому массовый переход на CDMA остается под большим вопросом (тем более что совсем недавно появились сообщения об отказе ряда компаний от CDMA в пользу GSM).

Сегодня при помощи сотового телефона GSM мы можем, кроме собственно голосовой связи, отправлять и получать короткие сообщения SMS, сообщения увеличенного объёма (более 160 символов) EMS и сообщения MMS с включенными в них звуковыми файлами и изображениями. Мы можем подключаться к Интернету, чтобы получать и отправлять сообщения по электронной почте. Можем просматривать адаптированные для дисплея телефона веб-страницы, подготовленные в соответствии со спецификациями WAP. Можем пользоваться голосовой почтой – получать отложенные голосовые сообщения.

Но возможности сотовой связи шире. При полной реализации всех возможностей сотовых сетей мы будем отправлять и получать видеоинформацию, например, со встроенной в телефон видеокамеры. Сможем использовать телефон в качестве устройства воспроизведения звука и видео, получаемого в виде цифрового информационного потока по радиоканалу (и это не встроенный плеер МР3, которым оснащены некоторые современные телефоны). А что скажете про использование телефона совместно с ноутбуком в качестве высокоскоростного модема – на уровне широкополосных кабельных каналов связи? А на функционирование телефона в качестве основного электронного документа и платежного средства – для оформления любых действий, требующих удостоверения личности, и удаленного управления собственным банковским счетом?

Вот мы и обрисовали основные возможности сотовых сетей третьего поколения, о которых так много говорят. Если подытожить, то получится, что первые аналоговые системы (та же NMT) относились к первому поколению. Второе поколение 2G – это цифровые системы со стандартным количеством сервисов. Промежуточное поколение 2,5G – это все современные телефоны, поддерживающие сервисы SMS, EMS, MMS, пакетную передачу данных GPRS, технологию WAP и обеспечивающие доступ к электронной почте по протоколам POP и IMAP. А поколение 3G – это самые «умные» сотовые телефоны, которые и телефонами-то не назовешь. Скорее универсальными коммуникационными устройствами, способными заменить собой цифровые радиоприёмник и телевизор, карманный компьютер и игровую консоль.