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 временным джиттером . [1] Джиттер — это существенный и обычно нежелательный фактор в конструкции почти всех каналов связи .
Джиттер можно количественно оценить в тех же терминах, что и все изменяющиеся во времени сигналы, например, среднеквадратичное значение (RMS) или смещение от пика к пику . Также, как и другие изменяющиеся во времени сигналы, джиттер можно выразить в терминах спектральной плотности .
Период джиттера — это интервал между двумя моментами максимального эффекта (или минимального эффекта) характеристики сигнала, которая регулярно меняется со временем. Частота джиттера , более часто цитируемая величина, является ее обратной. ITU-T G.810 классифицирует более низкие частоты отклонения ниже 10 Гц как блуждание , а более высокие частоты на уровне или выше 10 Гц как джиттер . [2]
Джиттер может быть вызван электромагнитными помехами и перекрестными помехами с носителями других сигналов. Джиттер может вызвать мерцание монитора, повлиять на производительность процессоров персональных компьютеров, вызвать щелчки или другие нежелательные эффекты в аудиосигналах и привести к потере передаваемых данных между сетевыми устройствами. Величина допустимого джиттера зависит от затронутого приложения.
Для джиттера часов обычно используются три метрики: [ противоречивые ]
В телекоммуникациях единицей измерения для вышеуказанных типов джиттера обычно является единичный интервал (UI), который количественно определяет джиттер в терминах доли периода единицы передачи. Эта единица полезна, поскольку она масштабируется с тактовой частотой и, таким образом, позволяет сравнивать относительно медленные соединения, такие как T1, с более скоростными магистральными интернет-линками, такими как OC-192 . Абсолютные единицы, такие как пикосекунды, более распространены в микропроцессорных приложениях. Также используются единицы измерения градусов и радиан .
Если джиттер имеет гауссовское распределение , его обычно количественно определяют с помощью стандартного отклонения этого распределения. Это преобразуется в среднеквадратичное измерение для распределения с нулевым средним. Часто распределение джиттера существенно негауссово. Это может произойти, если джиттер вызван внешними источниками, такими как шум источника питания. В этих случаях измерения от пика до пика могут быть более полезными. Было предпринято много попыток осмысленно количественно оценить распределения, которые не являются гауссовыми и не имеют значимого пикового уровня. Все они имеют недостатки, но большинство из них, как правило, достаточно хороши для целей инженерной работы.
В компьютерных сетях джиттер может означать вариацию задержки пакетов , вариацию ( статистическую дисперсию ) задержки пакетов .
Одно из главных 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, является непредсказуемым электронным временным шумом. Случайный джиттер обычно следует нормальному распределению [5] [6] из-за того, что он вызван тепловым шумом в электрической цепи .
Детерминированный джиттер — это тип джиттера тактового сигнала или сигнала данных, который предсказуем и воспроизводим. Пиковое значение этого джиттера ограничено, и границы можно легко наблюдать и предсказывать. 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 межсимвольная интерференция .
Общий джиттер ( T ) представляет собой комбинацию случайного джиттера ( R ) и детерминированного джиттера ( D ) и вычисляется в контексте требуемого коэффициента ошибок по битам (BER) для системы: [7]
в котором значение n основано на требуемом для канала BER.
Обычный BER, используемый в стандартах связи, таких как Ethernet, составляет 10−12 .
При аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразовании сигналов, выборка обычно предполагается периодической с фиксированным периодом — время между каждыми двумя выборками одинаково. Если в тактовом сигнале аналого-цифрового преобразователя или цифро-аналогового преобразователя присутствует джиттер , время между выборками изменяется, и возникает мгновенная ошибка сигнала. Ошибка пропорциональна скорости нарастания желаемого сигнала и абсолютному значению ошибки часов. Влияние джиттера на сигнал зависит от природы джиттера. Случайный джиттер имеет тенденцию добавлять широкополосный шум, в то время как периодический джиттер имеет тенденцию добавлять ошибочные спектральные компоненты, «птички». В некоторых условиях менее наносекунды джиттера может снизить эффективное битовое разрешение преобразователя с частотой Найквиста 22 кГц до 14 бит. [8]
Джиттер выборки является важным фактором при преобразовании высокочастотных сигналов или в случаях, когда 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 вариация задержки пакетов (PDV) — это вариация задержки, измеряемая как изменчивость во времени сквозной задержки в сети. Сеть с постоянной задержкой не имеет джиттера пакетов. [11] Джиттер пакетов выражается как среднее значение отклонения от средней задержки сети. [12] PDV — важный фактор качества обслуживания при оценке производительности сети.
Передача всплеска трафика на высокой скорости, за которым следует интервал или период передачи с более низкой или нулевой скоростью, также может рассматриваться как форма джиттера, поскольку представляет собой отклонение от средней скорости передачи. Однако, в отличие от джиттера, вызванного изменением задержки, передача всплесками может рассматриваться как желательная функция, [ необходима цитата ] например, при передаче с переменной скоростью передачи данных.
Видео или дрожание изображения происходит, 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 для измерения джиттера в архитектурах последовательных шин. Стандарты охватывают устойчивость к джиттеру, функцию передачи джиттера и генерацию джиттера, при этом требуемые значения для этих атрибутов различаются в зависимости от различных приложений. Где применимо, совместимые 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 высокой производительности устройств. Более высокие тактовые частоты имеют соразмерно меньшие глазковые отверстия и, таким образом, налагают более жесткие допуски на джиттер. Например, современные материнские платы компьютеров имеют последовательную архитектуру шины с глазковыми отверстиями 160 пикосекунд или меньше. Это чрезвычайно мало по сравнению с параллельной архитектурой шины с эквивалентной производительностью, которая может иметь глазковые отверстия 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 нарушит нормальную работу схемы.
Тестирование производительности устройства на устойчивость к джиттеру может включать введение джиттера в электронные компоненты с помощью специализированного испытательного оборудования.
Менее прямой подход, при котором аналоговые сигналы оцифровываются, а полученный поток данных анализируется, применяется при измерении дрожания пикселей в устройствах захвата кадров . [15]
Схемы подавления джиттера (AJC) — это класс электронных схем , предназначенных для снижения уровня джиттера в тактовом сигнале. AJC работают путем повторной синхронизации выходных импульсов, чтобы они были более точно выровнены с идеализированными часами. Они широко используются в схемах синхронизации и восстановления данных в цифровой связи , а также в системах выборки данных, таких как аналого-цифровой преобразователь и цифро-аналоговый преобразователь . Примерами схем подавления джиттера являются фазовая автоподстройка частоты и автоподстройка частоты с задержкой .
Буферы джиттера или буферы устранения джиттера — это буферы, которые используются для противодействия джиттеру, вносимому очередями в сетях с коммутацией пакетов, чтобы гарантировать непрерывное воспроизведение аудио- или видеопотока медиаданных, передаваемого по сети. [16] Максимальный джиттер, который может быть противопоставлен буферу устранения джиттера, равен задержке буферизации, вносимой перед началом воспроизведения медиапотока. В контексте сетей с коммутацией пакетов термин « изменение задержки пакета» часто предпочтительнее термина «дрожание» .
Некоторые системы используют сложные буферы устранения джиттера с оптимальной задержкой, которые способны адаптировать задержку буферизации к изменяющимся характеристикам сети. Логика адаптации основана на оценках джиттера, вычисленных на основе характеристик прибытия медиапакетов. Корректировки, связанные с адаптивным устранением джиттера, включают в себя введение разрывов в воспроизведение медиа, которые могут быть заметны слушателю или зрителю. Адаптивное устранение джиттера обычно выполняется для аудиовоспроизведений, которые включают обнаружение голосовой активности , что позволяет регулировать длительность периодов тишины, тем самым минимизируя перцептивное воздействие адаптации.
Деджиттерайзер — это устройство, которое уменьшает джиттер в цифровом сигнале . [17] Деджиттерайзер обычно состоит из эластичного буфера , в котором сигнал временно сохраняется, а затем ретранслируется со скоростью, основанной на средней скорости входящего сигнала. Деджиттерайзер может быть неэффективен для устранения низкочастотного джиттера (блуждения).
Фильтр может быть разработан для минимизации эффекта дрожания выборки. [18]
Сигнал джиттера можно разложить на внутренние функции мод (IMF), которые можно далее применять для фильтрации или устранения джиттера. [ необходима цитата ]
В этой статье использованы материалы из общественного достояния "dejitterizer". Федеральный стандарт 1037C . Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22.
