Джиттер

Джи́ттер (англ. jitter — дрожание) или фазовое дрожание цифрового сигнала данных^[1]  — нежелательные фазовые и/или частотные случайные отклонения передаваемого сигнала. Возникают вследствие нестабильности задающего генератора, изменений параметров линии передачи во времени и различной скорости распространения частотных составляющих одного и того же сигнала.

В цифровых системах проявляется в виде случайных быстрых (с частотой 10 Гц и более) изменений местоположения фронтов цифрового сигнала во времени, что приводит к рассинхронизации и, как следствие, искажению передаваемой информации. Например, если фронт имеет малую крутизну или «отстал» по времени, то цифровой сигнал как бы запаздывает, сдвигается относительно значащего момента времени — момента времени, в который происходит оценка сигнала.

Джиттер является одной из основных проблем при проектировании устройств цифровой электроники, в частности, цифровых интерфейсов. Недостаточно аккуратный расчет джиттера может привести к его накоплению при прохождении цифрового сигнала по тракту и, в конечном счёте, к неработоспособности устройства.

При цифровой записи звука джиттер вносит в сигнал искажения, подобные детонации — явлению, вызванному неравномерностью движения магнитной ленты в аналоговом магнитофоне вследствие несовершенства лентопротяжного механизма. Однако вносимые цифровым джиттером искажения существенно заметнее искажений звука, вносимых детонацией. Видимо, это связано с большей «мягкостью» и «плавностью» детонационных искажений (можно сказать, «аналогового джиттера»), обусловленных эластичностью магнитной ленты и инерционностью механических элементов лентопротяжных механизмов.

В области телекоммуникаций джиттером называется первая производная задержки прохождения данных по времени.

Причины возникновения джиттера

• Фазовые шумы петли ФАПЧ (фазовой автоподстройки частоты) устройства, синхронизируемого внешним сигналом. Джиттер, вызываемый ФАПЧ, проявляется при прослушивании материала с записывающего устройства, синхронизируемого от воспроизводящего устройства.
• АЦП. В современных цифровых системах звукозаписи и воспроизведения основным источником джиттера является АЦП. Нынешние полностью цифровые студийные синхронизаторы достаточно совершенны и часто вносят джиттер меньший, чем АЦП.

Влияние джиттера на характеристики АЦП

Частота дискретизации АЦП обычно задаётся кварцевым генератором, а любой кварцевый генератор (особенно дешёвый) имеет ненулевые фазовые шумы. Таким образом, моменты времени получения отсчетов сигнала (дискретов) расположены на временной оси не совсем равномерно. Это приводит к размыванию спектра сигнала и ухудшению отношения сигнал/шум.

Борьба с джиттером

При проектировании цифровых устройств следует максимально использовать передачу сигнала с регистра на регистр. Это позволяет применить простые методы расчета передач цифровых сигналов (временны́е диаграммы).

В цифровой звукозаписи следует использовать высококачественные кварцевые генераторы с источниками питания, имеющими малые пульсации и шумы. Также, применение полностью цифровых студий позволяет свести влияние джиттера к минимуму. Такой студией может являться и персональный компьютер со звуковой платой, имеющей хороший АЦП, в случае хранения, редактирования и воспроизведения звука только в цифровом виде.

В области телекоммуникаций с джиттером и его последствиями борются с помощью буферной памяти, устройств ФАПЧ, применением специальных линейных кодов, созданием выделенных сетей тактовой синхронизации.

Джиттер в телекоммуникациях

В телекоммуникациях под джиттером часто понимается разброс максимального и минимального времени прохождения пакета от среднего.^[2] К примеру, посылается 100 пакетов минимальное время прохождения пакета — 395 мс, среднее — 400 мс, максимальное — 405 мс, в этом случае джиттер можно считать маленьким. Если же посылается 100 пакетов минимальное время прохождения пакета — 1 мс, среднее — 50 мс, максимальное — 100 мс, в этом случае джиттер большой. Например VoIP очень чувствителен к джиттеру.

Примечания

1. ↑ ГОСТ 17657-79: Передача данных. Термины и определения.
2. ↑ RFC 3393 IP Packet Delay Variation Metric for IP Performance Metrics (IPPM)

Ссылки

• Цикл статей на IXBT