Кодирование, квантование — это преобразование информационных данных в удобный для их передачи по различным каналам формат.
Передача информации
Под передачей информации понимается физический процесс, при помощи которого выполняется перемещение информационных данных в пространстве.
Этот процесс может быть охарактеризован присутствием таких составляющих, как информационный источник, информационный приёмник, информационный носитель и среда, в которой выполняется передача. Передача информации, как правило, состоит в трансляции информационных данных, перемещение которых выполняется в форме сигналов при помощи электросвязи. Информационная передача может осуществляться в аналоговом или цифровом формате, а также может использоваться аналоговая модуляция или цифровое кодирование. Качественные показатели информационной передачи тем выше, чем меньше фиксируется на принимающей стороне информационных искажений и потерь. С ростом скорости информационного обмена необходимо придерживаться специальных мер, которые препятствуют информационным потерям и понижению качества трансляции информации.
Информационные данные транслируются в форме сообщений от определённого информационного источника к приёмнику информации через канал связи, соединяющий их. Источник отправляет пересылаемое сообщение, которое подвергается кодированию в передаваемый сигнал. Далее сигнал отправляется по каналу связи. В итоге в приёмнике формируется принимаемый сигнал, который подвергается декодированию и превращается в принимаемое сообщение. Информационный обмен по каналам связи практически всегда подвергается воздействию различных помех, которые могут вызывать искажение и даже потерю информационных данных.
Кодирование и квантование при передаче информации по разным каналам
Обмен сообщениями выполняется при помощи сигналов, являющихся информационными носителями. Главным типом сигналов считаются электрические сигналы. Сообщением является самый маленький языковый компонент, обладающий смыслом и пригодный для общения. Жизненный цикл сообщений может быть представлен в таком виде:
- Отправителем выполняется кодирование сущности сообщения.
- Отправитель пересылает закодированное сообщение через канал связи получателю.
- На стороне получателя сообщение принимается и декодируется.
Средством связи является комплект оборудования, которое обеспечивает процесс преобразования исходного сообщения от информационного источника в сигналы необходимой физической природы, их трансляцию, приём и обратное преобразование в формат, необходимый потребителям. Сигналом является изменение физической величины, которое передаёт информацию, закодированную конкретным методом. Сигналом в информационной системе считается комплект отправленных и принятых информационных данных, содержащих информацию, закодированную некоторым методом.
Линией связи является набор средств связи и канала связи, при помощи которых выполняется трансляция данных от источника к приёмнику. Основным параметром всех линий связи считается допустимая скорость информационного обмена, а также уровень искажения сообщений при их трансляции.
Источником информации является объект или субъект, который порождает информацию и отображающий её в формате сообщения, то есть последовательного набора сигналов. С точки зрения математики, под источником информации понимается массив вероятных сообщений с определённой на этом массиве вероятностной мерой. Можно выделить дискретные информационные источники и непрерывные. Отличаются они тем, что дискретные элементы представляют собой счётное множество, а непрерывные элементы являются несчётным множеством.
Дискретный источник считается определённым, если возможно перечислить все его допустимые сообщения и можно указать их вероятность.
Кодирующим является устройство, которое предназначено для формирования из исходного сообщения источника удобный для передачи формат. Декодирующим является устройство, выполняющее преобразование закодированного сообщения в исходный формат.
Схема информационного канала представлена на рисунке ниже:
Рисунок 1. Схема информационного канала. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Передаваемые сигналы делятся на следующие типы:
- Аналоговые сигналы.
- Дискретные сигналы.
- Квантованные сигналы.
- Цифровые сигналы.
Аналоговые и цифровые сигналы кардинально различаются между собой. Условно выражаясь, можно сказать, что они расположены на разных окончаниях единого спектра. Для их взаимного преобразования используются аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Большинство сигналов являются аналоговыми, то есть могут изменяться непрерывно с течением времени. Аналоговые сигналы присутствуют в телефонной связи, теле- и радио - вещании. Осуществить ввод такого сигнала в компьютер и выполнить его обработку невозможно, поскольку во всех временных интервалах он обладает бесконечным множеством значений. То есть требуется преобразовать его в последовательность чисел определённой разрядности.
Выполнение дискретизации аналоговых сигналов заключается в том, что сигнал отображается в формате последовательности значений, берущихся в дискретные временные моменты. Такие значения именуются отсчётами, а величина At представляет собой интервал дискретизации.
При выполнении квантования весь диапазон величин сигнала делится на уровни, число которых представляется в числах определённой разрядности. Расстояние между такими уровнями считается шагом квантования. Количество таких уровней равняется N и обозначается значениями от нуля до N – 1. Каждый уровень кодируется некоторым числом. Величина сигнала подлежит сравнению с уровнями квантования и сигналом в данный момент времени будет число, которое соответствует определённому уровню квантования. Все уровни квантования могут кодироваться двоичным n-разрядным числом. Количество уровней квантования N и количество разрядов n двоичного числа, которое кодирует данные уровни, определяются соотношением n≥log2(N). На рисунке ниже представлен образец квантованного сигнала:
Рисунок 2. Образец квантованного сигнала. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
