metod_15.03.04_atppp_oaip_ump_2016 (Методические документы), страница 4

Дискретизация аналогового сигнала за счет операцийразвертки по времени квантования по величинеСовместное выполнение обеих операций эквивалентно нанесению масштабной сеткина график Y (t), как показано на рисунке. Далее в качестве пар значений {Y i, ti}выбираются узлы сетки, расположенные наиболее близко к значению Y (t).Полученное таким образом множество узлов оказывается дискретным представлениемисходной непрерывной функции сообщения, т.е.

непрерывное сообщениепредставляется посредством некоторого алфавита.Будут ли при таком представлении непрерывной функции сообщения потериданных? Ответом на этот вопрос служит теорема Котельникова В. А.: «Непрерывныйсигнал можно полностью отобразить и точно воссоздать по последовательностиизмерений или отсчетов величины этого сигнала через одинаковые интервалы времени,меньшие или равные половине периода максимальной частоты, имеющейся в сигнале.Смысл теоремы в том, что дискретизация не приведет к потере данных и подискретным сигналам можно полностью восстановить исходный аналоговый сигнал,если развертка по времени выполнена в соответствии со следующим соотношением:t < 1/2*fmax15Можно перефразировать теорему отсчетов: развертка по времени может бытьосуществлена без потери данных, связанных с особенностями непрерывногосигнала, если шаг развертки не будет превышать величины, определяемой всоответствии с формулой для t.Какими соображениями определяется шаг квантования по уровню? Любойполучатель данных – человек или устройство – всегда имеют конечную предельнуюточность распознавания градаций сигнала по уровню.

Например, человеческий глаз всостоянии различить около 16 млн. цветовых оттенков, т.е. при квантовании нетсмысла делать большее число градаций. При передаче речи точность воспроизведенияградации около 1%. Следовательно, величину градации звуковых колебаний выбираютиз соотношения Y = 0,01*Ymax, а алфавит для обозначения всех градаций громкостидолжен содержать 100 знаков. Таким образом, шаг квантования определяетсячувствительностью приемного устройства получателя.Итак, преобразование сигналов типа НД , как и обратное ДН, можетосуществляться без потери содержащейся в них данных.Преобразование типа Д в Д.Преобразование состоит в переходе при представлении сигналов от одного алфавитак другому – такая операция носит название перекодировка и может осуществляться безпотерь.Таким образом, преобразование сообщений без потерь возможно только в томслучае, если хотя бы одно из них является дискретным.

Это преимуществодискретной формы представления данных. Кроме этого существуют другиедостоинства дискретной формы:- высокая помехоустойчивость;- простота и, как следствие, надежность и относительная дешевизна устройств пообработке данных;- точностьобработки,котораяопределяетсяколичествомобрабатывающих элементов и не зависит от точности их изготовления;- универсальность устройств.Дискретные сообщения, составленные в различных алфавитах, посредствомобратимого кодирования можно привести к единому базовому алфавиту.

В качествебазового алфавита используют двоичный алфавит, а основным универсальнымустройством, работающим в базовом алфавите, является компьютер. Посредствомкомпьютера могут перерабатываться любые дискретные данные.3.4.ПОНЯТИЕ ДАННЫХЕсли изменения собственного энергетического поля зафиксированы получателем насобственном материальном носителе, то произошла регистрация взаимодействия двухматериальных объектов.

Хранимые на собственном материальном носителеполучателя результаты регистрации сигналов называют данными.ВЫВОД. Взаимодействие двух материальных объектов осуществляется черезматериальную среду, называемую носителем информации и определяется процессомизменения во времени характеристики данного носителя. Зарегистрированныйрезультат взаимодействия двух материальных объектов называют данными, хранение16которых на материальном носителе получателя связано с фиксацией некоторойхарактеристики носителя информации, которая не меняется во времени.Одиночный сигнал является переносчиком слишком малого количества данных.Поэтому при взаимодействии используется последовательность сигналов.Совокупность сигналов от источника к получателю называют сообщением.Сообщение – это информационный поток, который в процессе передачи данныхпоступает к принимающему его субъекту.Информативным называется сообщение, которое пополняет знания человека, т.е.несет для него информацию.Если существует возможность регистрации сигналов данного взаимодействия, товсегда найдется возможность воспроизведения данных, полученных прирегистрации, и дальнейшей их обработки.Процесс обработки данных можно представить в виде:ИсходныеданныеИсполнительобработкиИтоговаяинформацияПри регистрации, воспроизведении и обработке данных получатель используетестественные, аппаратные и программные методы.Естественные методы основаны на использовании естественных возможностейчеловека (органов чувств и логического мышления).

Они предполагают использованиеданных в привычном для человека виде – аналоговом.Аппаратные методы и устройства – регистрируют сигналы и преобразуют данныек форме, доступной для естественных методов. В основном технические средстваработают с дискретными сигналами. Поэтому и возникает необходимость вобеспечении взаимодействия человека и машины.Программные методы осуществляют воспроизведение и обработку данных всоответствии с заранее предписанными условиями посредством компьютера, в которомсочетаются все три метода работы с сигналами и данными.Из всего сказанного вытекает следующее определение: информация - это продуктвзаимодействия данных об объекте, процессе или явлении в форме сигналов иметодов их регистрации, воспроизведения и обработки, восполняющий незнаниечеловека о данном объекте, процессе или явлении.Таким образом, информационное взаимодействие материальных объектовпредполагает:1) передачу данных от источника к получателю, т.е.

формированиеинформационных сообщений источником путем изменения параметровматериального носителя и выдачу сигналов сообщений в среду взаимодействия,называемую линией связи;2) прием получателем из линии связи сигналов сообщений и их регистрацию насобственном материальном носителе;173) обработку и хранение информации, т.е. приведение принятых данных кстандартной форме и сравнение полученных данных с уже имеющимися,запоминание новых данных (информации).3.5.СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИИнформация характеризуется следующими свойствами:Динамичность.

Информация существует ровно столько, сколько продолжаетсявзаимодействие данных об объекте с методами их обработки. Как только этовзаимодействие завершается, опять получаются данные, но представленные в другойформе.Пример: Преподаватель взаимодействует в ходе занятий со студентами, в результатечего сообщаемые им данные превращаются у студента в информацию, хранимую вголовном мозге. В ходе экзамена устанавливается взаимодействие студента спреподавателем, при котором данные из головного мозга студента превращаются винформацию для преподавателя о знании или незнании вопроса студентом и далее этаинформация превращается в данные в зачетные книжки.Важность (ценность, полезность).

Информация может быть важной длясобеседников или представлять известные им сведения – в этом проявляетсясубъективность в оценке информации. Цена информации определяется связанными сней материальными и духовными приобретениями или потерями.Адекватность. Степень соответствия создаваемого посредством полученнойинформации образа содержанию оригинала (реального объекта, процесса или явления).Пример: информация об удешевлении иномарок в четыре раза на территорииМосковской области преподнесенная 1 апреля вполне соответствует оригиналу –первоапрельской шутке.

Хотя в любой другой день она является ложной и неадекватной оригиналу.Достоверность. Степень соответствия содержания информации реальному объекту.Это свойство связано с истинностью или ложностью информации.Точность. Степень близости информации к описанию реального состояния объекта,процесса или явления.Актуальность. Степень соответствия информации текущему моменту времени илистепень сохранения ценности информации к моменту ее использования.3.6. МЕРЫ ИНФОРМАЦИИК измерению информации существуют два подхода: содержательный и алфавитный(кибернетический).Содержательный подход, основываясь на информации как знании людей,предполагает следующую цепочку понятий:Информация → сообщение → информативность сообщения → единица измеренияинформации → информационный объем сообщения.Сообщение – это информационный поток, поступающий к принимающему егосубъекту.18Информативным называют сообщение, которое пополняет знания человека, т.е.несет для него информацию.

Информативно то сообщение, которое несет новые ипонятные сведения. Если сообщение не информативно для человека, то количествоинформации в нем, с точки зрения этого человека, равно нулю. Количествоинформации в информативном сообщении больше нуля.Для измерения количества информации необходимо ввести единицу измеренияинформации. В рамках содержательного подхода такая единица должна быть меройпополнения знаний субъекта или мерой устранения его незнания – неопределенности всознании субъекта.1. Мера неопределенности (энтропия) как мера количества информации.Количество информации I можно оценить величиной неопределенности,устраняемой в результате принятия сообщения.Пусть существует объект L, о котором в настоящий момент времени получатель неимеет сведений.

Тогда его неопределенность H(L) равна полному незнанию обисточнике данных. С получением сообщения a часть неопределенности об источникесообщения снята, но какое-то незнание осталось – Ha (L). Тогда количествоинформации в сообщении можно измерить как разность между неопределенностью обисточнике до сообщения и неопределенностью, оставшейся после получениясообщения:I (L) = H (L) – Ha (L).Мера неопределенности об источнике сообщений получила название энтропия.Энтропия является мерой неопределенности опыта, в котором проявляютсяслучайные события, и равна средней неопределенности всех возможных егоисходов.2. Обоснование вида функции энтропии.Для практики важно иметь возможность произвести численную оценку энтропииразных опытов.Пусть опыт имеет n равновероятных исходов.