Информационные процессы и сигналы

Использование информации для решения каких-либо задач, безусловно, сопряжено с необходимостью ее распространения, т. е. осуществления процессов передачи и приема. При этом приходится решать проблему согласования метода кодирования с характеристиками канала связи, а также обеспечить защиту передаваемой информации от возможных искажений.

Под информационными процессами будем понимать процессы сбора, передачи и приема информации посредством специальных каналов связи.

Общая схема передачи информации в линии связи

Источник информации определяется как объект или субъект, порождающий информацию и представляющий ее в виде сообщения, т. е. последовательности символов. При этом человек в информационном взаимодействии с окружающей средой ограничен возможностями собственных органов чувств. Однако спектр процессов, на основе которых производится передача информации, может быть расширен за счет использования средств связи:

Средства связи — совокупность устройств, обеспечивающих преобразование первичного сообщения от источника информации в сигналы заданной физической природы, их передачу, прием и представление в форме удобной потребителю.

Источник информации (ИИ) выдает ее в виде первичного сообщения а, представленного последовательностью символов первичного алфавита (рис. 3.1). Для дальнейшей передачи это сообщение преобразуется (кодируются) кодером (К) в сообщения такого характера, которые могут храниться или распространяться в заданном материальном носителе — формируется вторичное сообщение т. Для задач, ориентированных на применение вычислительной техники, в качестве вторичного сообщения используется бинарная последовательность из 0 и 1. Таким образом, под кодером, как правило (но не обязательно), понимается устройство, переводящее исходное сообщение в двоичный алфавит. В связи с этим в дальнейшем мы будем специально рассматривать двоичное кодирующее устройство и под вторичным алфавитом понимать именно двоичный.

Рис. 3.1. Общая схема передачи информации в каналах связи:

ИИ — источник информации; К — кодер; Пд — передатчик; Пм — приемник; Д — декодер ПИ — получатель информации Примерами преобразователей являются: мегафон или телефонный аппарат, преобразующие голосовые сигналы в электрические; радиопередатчик, преобразующие голосовые сигналы в радиоволны; телекамера, преобразующая изображение в последовательность электрических импульсов; модем, переводящий высокочастотные компьютерные сигналы в аналоговые низкочастотные и обратно, и пр. В общем случае при преобразовании выходные сигналы не полностью воспроизводят все особенности первичного сообщения, а лишь его существенные стороны, т. е. при преобразовании часть информации теряется. Например, полоса пропускания частот при телефонной связи составляет от 300 до 3400 Гц, в то время как частоты, воспринимаемые человеческим ухом, лежат в интервале 16—20 000 Гц (т.е. телефонные линии «обрезают» высокие частоты, что приводит к искажениям звука); в черно-белом телевидении при преобразовании теряется цвет изображения. Именно в связи с возможными потерями встает задача выработки таких способов представления и последующего преобразования первичного сообщения, которые обеспечивали бы возможно более полную сохранность исходной информации и, одновременно, согласование со скоростью передачи информации по данной линии связи.

Непосредственная передача осуществляется передатчиком вторичного сообщения (Пд). Он инициирует некоторый нестационарный процесс х, подготавливает в соответствии со вторичным сообщением материальный носитель, который может быть физически перемещен в другую точку пространства посредством канала связи.

Канал связи — это материальная среда, а также физический или иной процесс, посредством которого осуществляется перемещение сигнала, т. е. его распространение в пространстве с течением времени.

Ниже приведены примеры некоторых каналов связи.

Любой реальный канал связи подвержен внешним воздействиям, а также в нем могут происходить внутренние процессы, в результате которых искажаются передаваемые сигналы и, следовательно, связанная с ними информация. Такие воздействия называются шумами (помехами).

Источники помех могут быть внешними, например, так называемые «наводки» от мощных потребителей электричества или атмосферных явлений, приводящие к появлению нарушений в радиосвязи; одновременна ное действие нескольких близко расположенных однотипных источников (одновременный разговор нескольких человек). К помехам могут приводить и внутренние особенности данного канала, например, физические неоднородности носителя; паразитные явления в шинах; процессы затухания сигнала в линии связи из-за большой удаленности, эффект «гонок» в вычислительных системах. Если уровень помех оказывается соизмерим с интенсивностью несущего сигнала, то передача информации по данному каналу оказывается существенно затрудненной. Однако и при относительно низких уровнях шумов они могут вызывать искажения передаваемых сигналов и, следовательно, частичную потерю связанной с ними информации. Существуют и применяются методы защиты от помех, например, экранирование электрических линий связей; улучшение избирательности приемного устройства и т. д. Другим способом защиты от помех является использование специальных методов кодирования информации, о чем речь пойдет ниже.

После прохождения сигнала по каналу связи он попадает в приемное устройство (Пм), где одновременно преобразуется в форму, необходимую для дальнейшей интерпретации. Если перед передачей применялось кодирование, после приема сигнал v направляется в декодер (Д) и лишь затем — к получателю (потребителю) информации (ПИ). При этом декодер может быть совмещен с преобразователем (например, телеграфный аппарат или компьютер) или с приемником информации (радист, принимающий сигналы азбуки Морзе и интерпретирующий их).