В электронике и телекоммуникациях джиттер – это отклонение от истинной периодичности предположительно периодического сигнала , часто по отношению к опорному тактовому сигналу . В приложениях восстановления тактовой частоты это называется джиттером синхронизации . [1] Джиттер является существенным и обычно нежелательным фактором при проектировании почти всех каналов связи .
Джиттер может быть определен количественно теми же терминами, что и все изменяющиеся во времени сигналы, например, среднеквадратичным (RMS) или размахом смещения. Кроме того, как и другие изменяющиеся во времени сигналы, джиттер можно выразить через спектральную плотность .
Период джиттера — это интервал между двумя моментами максимального эффекта (или минимального эффекта) характеристики сигнала, который регулярно меняется со временем. Частота джиттера , более часто цитируемая цифра, является обратной величиной. ITU-T G.810 классифицирует отклонение нижних частот ниже 10 Гц как дрейф , а более высокие частоты выше 10 Гц — как джиттер . [2]
Джиттер может быть вызван электромагнитными помехами и перекрестными помехами с несущими других сигналов. Джиттер может вызывать мерцание монитора, влиять на производительность процессоров персональных компьютеров, вызывать щелчки или другие нежелательные эффекты в аудиосигналах, а также вызывать потерю передаваемых данных между сетевыми устройствами. Величина допустимого дрожания зависит от затронутого приложения.
Для джиттера тактовой частоты обычно используются три показателя:
В телекоммуникациях единицей, используемой для вышеупомянутых типов джиттера, обычно является единичный интервал (UI), который количественно определяет джиттер в единицах периода единицы передачи. Это устройство полезно, поскольку оно масштабируется в зависимости от тактовой частоты и, таким образом, позволяет сравнивать относительно медленные межсоединения, такие как T1 , с более высокоскоростными магистральными интернет-каналами, такими как OC-192 . Абсолютные единицы, такие как пикосекунды , более распространены в микропроцессорных приложениях. Также используются единицы измерения: градусы и радианы .
Если джиттер имеет распределение Гаусса , его обычно определяют количественно с использованием стандартного отклонения этого распределения. Это соответствует измерению RMS для распределения с нулевым средним. Часто распределение джиттера существенно отличается от Гаусса. Это может произойти, если джиттер вызван внешними источниками, такими как шум источника питания. В этих случаях более полезными могут быть измерения размаха амплитуды . Было предпринято много усилий для значимой количественной оценки распределений, которые не являются ни гауссовскими, ни имеют значимого пикового уровня. У всех есть недостатки, но большинство из них, как правило, достаточно хороши для инженерных целей.
В компьютерных сетях джиттер может относиться к изменению задержки пакета , изменению ( статистической дисперсии ) задержки пакетов .
Одно из основных различий между случайным и детерминированным джиттером заключается в том, что детерминированный джиттер ограничен, а случайный джиттер неограничен. [3] [4]
Случайный джиттер, также называемый гауссовым джиттером, представляет собой непредсказуемый электронный временной шум. Случайный джиттер обычно имеет нормальное распределение [5] [6] и вызван тепловым шумом в электрической цепи .
Детерминированный джиттер — это тип джиттера тактового сигнала или сигнала данных, который предсказуем и воспроизводим. Размах этого джиттера ограничен, и эти границы можно легко наблюдать и прогнозировать. Детерминированный джиттер имеет известное ненормальное распределение. Детерминированный джиттер может быть либо коррелирован с потоком данных ( зависимый от данных джиттер ), либо некоррелирован с потоком данных (ограниченный некоррелированный джиттер). Примерами джиттера, зависящего от данных, являются джиттер, зависящий от рабочего цикла (также известный как искажение рабочего цикла) и межсимвольные помехи .
Общий джиттер ( T ) представляет собой комбинацию случайного джиттера ( R ) и детерминированного джиттера ( D ) и вычисляется в контексте требуемой частоты ошибок по битам (BER) для системы: [7]
в котором значение n основано на BER, требуемом для канала.
Обычное значение BER, используемое в таких стандартах связи, как Ethernet, составляет 10 −12 .
При аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразовании сигналов обычно предполагается, что выборка является периодической с фиксированным периодом - время между каждыми двумя выборками одинаково. Если в тактовом сигнале, поступающем на аналого-цифровой преобразователь или цифро-аналоговый преобразователь , присутствует джиттер, время между выборками изменяется и возникает мгновенная ошибка сигнала. Ошибка пропорциональна скорости нарастания полезного сигнала и абсолютному значению тактовой ошибки. Влияние джиттера на сигнал зависит от характера джиттера. Случайный джиттер имеет тенденцию добавлять широкополосный шум, тогда как периодический джиттер имеет тенденцию добавлять ошибочные спектральные компоненты, «птички». В некоторых условиях джиттер менее наносекунды может снизить эффективное битовое разрешение преобразователя с частотой Найквиста 22 кГц до 14 бит. [8]
Джиттер дискретизации является важным фактором при преобразовании высокочастотного сигнала или там, где тактовый сигнал особенно подвержен помехам.
В цифровых антенных решетках джиттеры АЦП и ЦАП являются важными факторами, определяющими точность оценки направления прихода [9] и глубину подавления помех. [10]
В контексте компьютерных сетей джиттер пакетов или изменение задержки пакетов (PDV) — это изменение задержки, измеряемое по изменчивости во времени сквозной задержки в сети. В сети с постоянной задержкой отсутствует дрожание пакетов. [11] Джиттер пакетов выражается как среднее отклонение от средней задержки в сети. [12] PDV является важным фактором качества обслуживания при оценке производительности сети.
Передача пакета трафика с высокой скоростью, за которым следует интервал или период передачи с более низкой или нулевой скоростью, также может рассматриваться как форма дрожания, поскольку она представляет собой отклонение от средней скорости передачи. Однако, в отличие от дрожания, вызванного изменением задержки, пакетную передачу можно рассматривать как желательную функцию, например , при передаче с переменной скоростью передачи данных .
Дрожание видео или изображения возникает, когда горизонтальные линии кадров видеоизображения случайно смещаются из-за искажения сигналов синхронизации или электромагнитных помех во время передачи видео. Исследование устранения дрожания на основе модели было проведено в рамках восстановления цифровых изображений и видео. [13]
Джиттер в архитектурах последовательных шин измеряется с помощью глазковых диаграмм . Существуют стандарты измерения джиттера в архитектурах последовательных шин. Стандарты охватывают устойчивость к джиттеру, функцию передачи джиттера и генерацию джиттера, при этом требуемые значения этих атрибутов различаются в зависимости от приложения. Там, где это применимо, соответствующие системы должны соответствовать этим стандартам.
Тестирование джиттера и его измерение приобретают все большее значение для инженеров-электронщиков из-за увеличения тактовых частот в цифровых электронных схемах для достижения более высоких характеристик устройств. Более высокие тактовые частоты имеют соразмерно меньшие отверстия и, таким образом, налагают более жесткие допуски на джиттер. Например, современные материнские платы компьютеров имеют архитектуру последовательной шины с промежутком времени 160 пикосекунд или меньше. Это чрезвычайно мало по сравнению с архитектурами с параллельной шиной с эквивалентной производительностью, которые могут иметь существенное значение порядка 1000 пикосекунд .
Джиттер измеряется и оценивается различными способами в зависимости от типа тестируемой схемы. [14] Во всех случаях целью измерения джиттера является проверка того, что джиттер не нарушает нормальную работу схемы.
Проверка работоспособности устройства на устойчивость к джиттеру может включать введение джиттера в электронные компоненты с помощью специального испытательного оборудования.
Менее прямой подход, при котором аналоговые сигналы оцифровываются и результирующий поток данных анализируется, используется при измерении дрожания пикселей в устройствах захвата кадров . [15]
Схемы защиты от джиттера (AJC) — это класс электронных схем , предназначенных для снижения уровня джиттера в тактовом сигнале. AJC работают путем изменения синхронизации выходных импульсов, чтобы они более точно соответствовали идеализированным часам. Они широко используются в схемах тактового сигнала и восстановления данных в цифровой связи , а также в системах дискретизации данных, таких как аналого-цифровой преобразователь и цифро-аналоговый преобразователь . Примеры схем защиты от джиттера включают в себя контур фазовой автоподстройки частоты и автоподстройки частоты по задержке .
Буферы дрожания или буферы устранения дрожания — это буферы , используемые для противодействия дрожанию, возникающему при организации очередей в сетях с коммутацией пакетов, чтобы обеспечить непрерывное воспроизведение аудио- или видеопотока, передаваемого по сети. [16] Максимальное дрожание, которому можно противодействовать с помощью буфера устранения дрожания, равно задержке буферизации, введенной перед началом воспроизведения медиапотока. В контексте сетей с коммутацией пакетов термин « изменение задержки пакета» часто предпочтительнее, чем «дрожание» .
В некоторых системах используются сложные буферы устранения дрожания, оптимальные по задержке, которые способны адаптировать задержку буферизации к изменяющимся характеристикам сети. Логика адаптации основана на оценках джиттера, вычисленных на основе характеристик прибытия медиа-пакетов. Регулировки, связанные с адаптивным устранением дрожания, включают в себя введение разрывов в воспроизведении мультимедиа, которые могут быть заметны слушателю или зрителю. Адаптивное устранение дрожания обычно выполняется для аудиовоспроизведений, которые включают обнаружение речевой активности , что позволяет регулировать продолжительность периодов молчания, тем самым сводя к минимуму влияние адаптации на восприятие.
Деджиттерайзер — это устройство, которое уменьшает джиттер цифрового сигнала . [17] Устройство устранения фазового смещения обычно состоит из эластичного буфера , в котором сигнал временно сохраняется, а затем повторно передается со скоростью, основанной на средней скорости входящего сигнала. Деджиттерайзер может быть неэффективен для устранения низкочастотного джиттера (блуждания).
Фильтр может быть спроектирован так, чтобы минимизировать эффект джиттера выборки. [18]
Сигнал джиттера можно разложить на функции внутреннего режима (IMF), которые в дальнейшем можно применять для фильтрации или устранения дрожания. [ нужна цитата ]
Эта статья включает в себя общедоступные материалы от «dejitterizer». Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г.
