Рассмотрим более подробно преобразования одного сигнала в другой.
Преобразование сообщений
Поскольку имеется два типа преобразований, то возможно четыре варианта преобразований:
Преобразование Н1®Н2 (Непрерывный 1 в Непрерывный 2)
Примеры:
а) микрофон: звук преобразовывается в электрические сигналы
б) телекамера: изображение и звук – в электрические сигналы
При таком преобразовании из-за помех, образуемых самим техническим устройством, всегда происходит потеря информации.
Преобразование Д1®Д2(Дискретный 1 в Дискретный 2)
Это преобразование связано с переходом при представлении сигналов к другому алфавиту. Эта операция называется перекодировка. Шифрование текста, "пляшущие человечки", транслитерация - русские слова английскими буквами и т.п.
Преобразование Н®Д(непрерывный в дискретный)
С математической точки зрения переход от аналоговой формы сигнала к дискретной означает замену описывающей его непрерывной функции Z(t) на некотором временном интервале [t1,t2] конечным множеством {zi,ti}, i=0,..n, где n – количество точек разбиения временного интервала.
Это преобразование называется дискретизациейнепрерывного сигнала и осуществляется посредством следующих процедур:
а) развертки по времени
б) квантования по величине
Развертка по времени осуществляется за счет того, что наблюдение за Z(t) проводится не непрерывно, а только в определенные моменты времени с интервалом:
Квантование по величине – это отображение значения Z(t) в конечное множество чисел, кратных так называемому шагу квантования .
Практически совместное выполнение этих операций равносильно:
1) нанесению масштабной сетки на график Z(t) в соответствии с величинами и
2) выбора в качестве пар значений {zi,ti} узлов сетки, расположенных наиболее близко к z(ti). Полученное множество называется дискретным представлением исходной непрерывной функции.
Очевидно, что чем меньше n, тем меньше узлов, но и меньше точность. То есть может происходить потеря информации. Казалось бы, что увеличивая n можно неограниченно повысить точность, но полностью избежать потерь это все-таки не позволит, так как n –конечная величина. Как же избежать потерь информации. Ответом на этот вопрос является следующая теорема, которую мы примем без доказательств:
Теорема отсчетов: (Котельникова, 1933) | Непрерывный сигнал можно полностью отобразить и точно воссоздать по последовательности измерений или отсчетов величины этого сигнала через одинаковые интервалы времени, меньшие или равные половине периода максимальной частоты, имеющейся в сигнале. |
Замечание: | это для таких линий связи, где имеются только колебательные или волновые процессы. Но поскольку работа большинства практических устройств основана именно на этих процессах, то это не является ограничением. |
Преобразование Д®Н
Теорема отсчетов дает ответ и на вопрос о возможности проведения такого преобразования без потери информации. Более подробно мы не будем на нем останавливаться.
ВЫВОД: во всех видах преобразования сообщений, где имеется Д-сообщения возможно преобразование без потери информации.
Другие достоинства дискретно формы информации:
1) высокая помехоустойчивость
2) простота и надежность устройств по обработке информации
3) точность обработки информации
4) универсальность устройств.
Последнее свойство является следствием того обстоятельства, что любые дискретные сообщения, составленные в совершенно различных алфавитах можно привести к некоторому единому алфавиту, который принять за БАЗОВЫЙ (за счет Д®Д). А далее можно в этом базовом алфавите представлять всю дискретную информацию. Следовательно, устройство, работающее с информацией в этом базовом алфавите универсально, так как может быть использовано для любой дискретной информации. Такой базовый алфавит – двоичный, а устройство – компьютер.
вывод: Везде далее можем говорить только о дискретной информации, а для ее представления использовать фиксированный алфавит. При этом не надо рассматривать ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ передачи и представления, то есть характер процессов и виды сигналов. Полученные результаты будут справедливы для любой дискретной информации независимо от реализации сообщения, с которым она связана.
Подводя итог [Могилев А.В, Пак Н.И, Хеннер Е.К. Информатика] относительно понятия ИНФОРМАЦИЯ, можно сказать, что информацию нельзя считать лишь техническим термином, это фундаментальная философская категория, которой присущи такие свойства как запоминаемость, передаваемость, преобразуемость, воспроизводимость, стираемость. Можно дать следующее определение:
Информация – специфический атрибут реального мира, представляющий собой его объективное отражение в виде совокупности сигналов и проявляющийся при взаимодействии с «приемником» информации, позволяющим выделять, регистрировать эти сигналы из окружающего мира и по тому или иному критерию их идентифицировать. Таким образом:
1. информация объективна, так как это свойства материи – отражение
2. информация проявляется в виде сигналов и лишь при взаимодействии объектов.
3. одна и та же информация различными получателями может быть интерпретирована по-разному.
Информация имеет определенные функции и этапы обращения в обществе. Основными из них являются:
1. познавательная, цель которой — получение новой информации. Функция реализуется в основном через такие этапы обращения информации, как:
— ее синтез (производство),
— представление,
— хранение (передача во времени),
— восприятие (потребление);
2. коммуникативная — функция общения людей, реализуемая через такие этапы обращения информации, как:
— передача (в пространстве),
— распределение;
3. управленческая, цель которой — формирование целесообразного поведения управляемой системы, получающей информацию. Эта функция информации неразрывно связана с познавательной и коммуникативной и реализуется через все основные этапы обращения, включая обработку.
Без информации не может существовать жизнь в любой форме и не могут функционировать созданные человеком любые информационные системы. Без нее биологические и технические системы представляют груду химических элементов. Общение, коммуникации, обмен информацией присущи всем живым существам, но в особой степени — человеку. Будучи аккумулированной и обработанной с определенных позиций, информация дает новые сведения, приводит к новому знанию. Получение информации из окружающего мира, ее анализ и генерирование составляют одну из основных функций человека, отличающую его от остального живого мира.
Контрольные вопросы:
1. Основные черты информационного общества
2. Информационные революции в обществе. Три этапа информационной революции
3. Информатика – понятие, объекты приложения, предмет изучения, составные части, место среди других наук.
4. Основные понятия информатики – информация, аспекты понятия информации, материальный носитель, сигнал, сообщение, данные, информационный процесс, источник сообщения, получатель сообщения, виды сигналов.
5. Сигналы: Непрерывный по уровню и во времени сигнал Х;
Дискретный по уровню и непрерывный по времени сигнал Х;
Непрерывный по уровню и дискретный по времени сигнал Х;
Дискретный по уровню и по времени сигнал Х
6. Теорема отсчетов Котельникова
7. Достоинства дискретной формы:
- высокая помехоустойчивость
- простота и надежность устройств по обработке информации
- точность обработки информации
- универсальность устройств
8. Основные понятия информатики – объект: виды, признаки, характеристики, поведение.
9. Основные понятия информатики – система: компоненты, свойства, понятие информационной системы.