数字比特流的传输与处理

数字比特流的传输和处理涉及从物理层到应用层的完整链路，每个环节都有特定的技术要求和挑战。

1. 传输链路与介质

不同的传输介质对比特流的传输特性有显著影响，形成了多样化的传输链路：

• 双绞线：以太网的主要介质，通过差分信号传输比特流，CAT6a 支持 10Gbps 传输
• 光纤：利用光的全反射传输比特流，单模光纤在 1550nm 波长下可实现 Tbps 级传输，损耗仅 0.2dB/km
• 无线信道：通过电磁波传输调制后的比特流，受距离、障碍物和干扰影响较大
• 存储介质：硬盘、闪存等通过磁畴或电荷状态存储比特流，读写过程是比特流的有序读写

比特流在传输过程中需要解决的关键问题包括：

• 同步：确保接收端正确识别每个比特的边界，通常通过同步序列或自同步编码实现
• 均衡：补偿传输介质导致的信号失真，高速链路中需采用自适应均衡技术
• 流量控制：避免发送速率超过接收端处理能力，如 TCP 的滑动窗口机制

2. 复用与解复用

为提高传输介质利用率，多路比特流通常通过复用技术合并传输，接收端再通过解复用分离：

• 时分复用（TDM）：不同比特流在不同时间片传输，如 SDH/SONET
• 频分复用（FDM）：不同比特流占用不同频率带宽，如传统电视信号
• 码分复用（CDM）：不同比特流使用不同编码序列，如 CDMA 移动通信
• 波分复用（WDM）：光纤中不同波长承载不同比特流，如 DWDM 系统可传输数十路 Tbps 级比特流

5G 采用的灵活时分双工（TDD）和频分双工（FDD）技术，本质上是比特流的动态复用，可根据业务需求灵活分配上下行资源。

3. 比特流处理技术

数字比特流的处理涵盖从简单转换到复杂分析的广泛范围：

• 串并转换：高速串行比特流转换为并行比特流，降低处理速率要求，如 PCIe 接口的 8b/10b 编码附带串并转换功能
• 加密解密：通过加密算法（如 AES）将明文比特流转换为密文比特流，保障信息安全
• 压缩解压：去除冗余比特，如 H.265 视频压缩可将原始比特流压缩至 1/10 甚至更低
• 解析与识别：从比特流中提取结构化信息，如网络协议栈对数据包比特流的逐层解析
• 人工智能处理：深度学习模型可直接处理原始比特流（如图像的像素比特流），实现特征提取和模式识别

一个典型的视频播放流程展示了比特流的完整处理链：存储介质读取压缩的视频比特流；解密模块还原原始压缩比特流；解码器将压缩比特流转换为像素比特流；显示控制器将像素比特流转换为驱动显示器的信号；显示器将比特流转换为可见光图像。