ДИСКРЕТИЗАЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА. - раздел Приборостроение, ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ Непрерывное Сообщение Может Быть Представлено Непрерывной Функцией, Заданной ...
Непрерывное сообщение может быть представлено непрерывной функцией, заданной на некотором отрезке [а, Ь]. Непрерывное сообщение можно преобразовать в дискретное (такая процедура называется дискретизацией).
Для этого из бесконечного множества значений этой функции (параметра сигнала) выбирается их определенное число, которое приближенно может характеризовать остальные значения. Один из способов такого выбора состоит в следующем. Область определения функции разбивается точками на отрезки равной длины x1, x2…, xn и на каждом из этих отрезков значение функции принимается постоянным и равным, например, среднему значению на этом отрезке; полученная на этом этапе функция называется в математике ступенчатой.
Следующий шаг - проецирование значений «ступенек» на ось значений функции y1, y2…, yn является дискретным представлением непрерывной функции, точность которого можно неограниченно улучшать путем уменьшения длин отрезков при разбиении области значений аргумента.
ПРОЦЕДУРА ДИСКРЕТИЗАЦИИ НЕПРЕРЫВНОГО СООБЩЕНИЯ.
Ось значений функции можно разбить на отрезки с заданным шагом и отобразить каждый из выделенных отрезков из области определения функции в соответствующий отрезок из множества значений. В итоге получим конечное множество чисел, определяемых, например, по середине или одной из границ таких отрезков.
Таким образом, любое сообщение может быть представлено как дискретное, т.е. последовательностью знаков некоторого алфавита.
Ввиду преимущества двоичных сигналов перед аналоговыми сигналами в настоящее время широко используются двоичные каналы для передачи аналоговых речевых сигналов. Внедрение подобных систем на междугородных линиях связи значительно улучшило качество связи.
Для дискретизации аналогового речевого сигнала необходимо:
· преобразовать аналоговый речевой сигнал в цифровой код;
· передать цифровой сигнал по линии связи, регенерируя его на каждом из промежуточных усилительных пунктов (при этом устраняются помехи).
· перед подачей в телефонную трубку цифровой сигнал снова превратить в аналоговый.
Возможность дискретизации непрерывного сигнала с любой желаемой точностью (для возрастания точности достаточно уменьшить шаг) принципиально важна с точки зрения информатики. Компьютер - цифровая машина, т.е. внутреннее представление информации в нем дискретно. Дискретизация входной информации (если она непрерывна) позволяет сделать ее пригодной для компьютерной обработки.
Существуют и другие вычислительные машины - аналоговые ЭВМ. Они используются обычно для решения задач специального характера и широкой публике практически не известны. Эти ЭВМ в принципе не нуждаются в дискретизации входной информации, так как ее внутреннее представление у них непрерывно. В этом случае все наоборот - если внешняя информация дискретна, то ее «перед употреблением» необходимо преобразовать в непрерывную.
Превратить в дискретный двоичный можно не только речевой, но и любой другой аналоговый сигнал. В качестве примера попробуем сконструировать простейший датчик углового положения фюзеляжа.
Возьмем отвес - жесткий стержень с грузом на конце, закрепленный на горизонтальной оси 0. Верхний конец стержня соединим с подвижным контактом потенциометра, а к крайним выводам потенциометра подключим источники напряжения -10 В и + 10 В. Если фюзеляж самолета находится в горизонтальном положении, подвижный контакт будет в середине резистивной подковки потенциометра, а потенциал на нем U обратится в нуль. Стоит самолету наклониться вперед, допустим, войти в пике, движок потенциометра переместится влево по подковке и потенциал U станет отрицательным. Если же носовая часть самолета будет направлена вверх, потенциал V станет положительным. Пусть при наклоне фюзеляжа на угол ± 20° потенциал U изменяется от + 10 до - 10 В. Крутизна характеристики преобразования угол - напряжение для такого датчика составит 0,5 В на градус. Таким образом, мы получим аналоговый сигнал углового положения самолета.
ДИСКРЕТИЗАЦИЯ ПО УРОВНЮ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА.
Для преобразования этого сигнала в цифровую форму необходимо задаться шагом дискретизации - минимальным изменением напряжения, соответствующим изменению цифрового кода на единицу. Если в нашем простейшем случае достаточна точность 1°, то шаг дискретизации будет равен 0,5 В. Число шагов дискретизации, на которое изменилось напряжение U, и будет являться углом наклона фюзеляжа, выраженным в градусах. Его значение можно представить и двоичным кодом, как это показано на рисунке.
Для преобразования аналоговых величин в цифровой код служат специальные электронные устройства – аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Полученный цифровой код углового положения фюзеляжа поступает в цифровой процессор, выполняющий функции и сравнивающего устройства, и системы регулирования. Сюда же поступают сведения и о положении самолета в других плоскостях пространства, и о положении рулей. Процессор вырабатывает сигнал, управляющий рулями. При цифровой обработке информации можно получить большую точность регулирования и управления. Этим и объясняется широкое применение цифровой техники в системах управления.
С какой точностью, например, можно измерить напряжение с помощью обычного стрелочного прибора? Лучшие лабораторные магнитоэлектрические приборы с зеркальной шкалой обеспечивают точность отсчета не более 0,2%, что составляет 2-3 В то же время цифровые вольтметры могут иметь пять-шесть разрядов, что обеспечивает точность измерений на два-три порядка (в 100... I000 раз) выше.
ФОРМУЛА ХАРТЛИ.
Если число состояний системы равно N, то это равносильно информации, даваемой I ответами типа «ДА-НЕТ» на вопросы, поставленные так, что «ДА» и «НЕТ» одинаково вероятны.
N=2I
ЭНТРОПИЯ В ИНФОРМАТИКЕ И ФИЗИКЕ.
Как в физическом, так и в информационном смысле величина энтропии характеризует степень разнообразия состояний системы.
Формула Шеннона совпадает с формулой Больцмана для энтропии физическ
РАЗЛИЧНЫЕ АСПЕКТЫ АНАЛИЗА ИНФОРМАЦИИ.
Как ни важно измерение информации, к нему не сводятся все связанные с этим понятием проблемы. При анализе информации на первый план могут выступить такие ее свойства как истинность
БУКВА (ЗНАК, СИМВОЛ). АЛФАВИТ.
Информация передается в виде сообщений. Дискретная информация записывается с помощью некоторого конечного набора знаков, которые будем называть буквами, не вкладывая в это слово привычного ограниче
КОДИРОВЩИК И ДЕКОДИРОВЩИК.
В канале связи сообщение, составленное из букв (знаков, символов) одного алфавита, может преобразовываться в сообщение из букв другого алфавита. Кодом называется правило, описывающее однозначное со
МЕЖДУНАРОДНЫЕ СИСТЕМЫ БАЙТОВОГО КОДИРОВАНИЯ.
Информатика и ее приложения интернациональны. Это связано как с объективными потребностями человечества в единых правилах и законах хранения, передачи и обработки информации, так и с тем, что в это
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ.
Теория помехоустойчивого кодирования является достаточно сложной, и наши рассуждения носят весьма упрощенный характер. Основным условием обнаружения и исправления ошибок в принимаемых кодовых комби
ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ.
Теоретической основой передачи информации является Теория сигналов и передачи информации. Теория сигналов и передачи информации изучает процессы формирования, накопления, сбора, измерения, перерабо
ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ.
Проблемы организации связи уходят в глубь веков. Само существо человека требовало общения и обмена информацией. Прообразом линий связи была сигнализация с помощью костров, использование оптических
ТЕОРЕМА КОТЕЛЬНИКОВА.
Теорема Котельникова называется также теоремой отсчетов или теоремой о выборках. Выборкой называется отсчет амплитуды сигнала в
РЕГЕНЕРАЦИЯ ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ.
Сигналы, передаваемые двоичным кодом, удобны во многих отношениях. Как и любые цифровые дискретные сигналы, их можно регенерировать, т.е. восстановить, воссоздать их форму, искаженную помехами. Кос
ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ.
Большое достоинство двоичных цифровых сигналов заключается в том, что они требуют минимального отношения сигнал - помеха в канале связи, т.е. являются наиболее помехозащищенными. Поясним, что это т
КОДИРОВАНИЕ ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ.
Любой сигнал переносится либо энергией, либо веществом. Это либо акустическая волна (звук), либо электромагнитное излучение (свет, радиоволна), либо лист бумаги (написанный текст), либо каменная ск
АНАЛОГОВЫЕ И ДИСКРЕТНЫЕ СИГНАЛЫ.
Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходима некоторая материальная субстанция - носитель информации. Сообщение, передаваемое с помощью носителя, называется сигналом. В общем
ЦИФРОВАЯ ТЕЛЕФОННАЯ СВЯЗЬ.
Вот как описывал процесс телефонной связи на заре возникновения цифровых телефонных систем автор книги «Посвящение в радиоэлектронику» В.Т. Поляков.
«Несколько лет назад мне довелось пройт
ЦИФРОВАЯ ТЕЛЕГРАФНАЯ СВЯЗЬ.
Оценим, каков будет поток информации, если телефонный разговор заменить телеграфной передачей того же текста. При среднем темпе речи человек произносит 1 - 1,5 слова в секунду. Каждое слово состоит
ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ.
Трудности представления телевизионных изображений в цифровой форме очевидны. Пусть на каждый элемент приходится один отсчет сигнала, который необходимо преобразовать в соответствующую кодовую комби
ПАРАМЕТРЫ РАДИОСИГНАЛОВ.
Информация есть совокупность сведений о событиях, явлениях, предметах - одним словом, обо всем, что имеется и происходит в мире. Информацию представляют в виде письменного текста, шифрованной цифро
МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ. УПЛОТНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ.
МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ТЕЛЕФОННЫЕ ЛИНИИ.
В нашей стране развивается и совершенствуется Единая автоматизированная сеть связи (ЕАСС). Ее основу составляют кабельные и радиорелейные линии связи, прич
ИЗ ИСТОРИИ КАБЕЛЬНОЙ СВЯЗИ.
В 1876 г. Александр Белл получил патент на изобретение "Телеграф, при помощи которого можно передавать человеческую речь". Телефон был встречен во всем мире с большим энтузиазмом и через
ПРИНЦИП ОПТОВОЛОКОННОЙ СВЯЗИ.
Благодаря огромной пропускной способности оптический кабель все шире применяется в информационно-вычислительных и телевизионных сетях, где требуется передавать большие объемы информации с исключите
АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА.
Локальные сети (ЛС) объединяют относительно небольшое число компьютеров (обычно от 10 до 100, хотя изредка встречаются и большие) в пределах одного помещения (учебный компьютерный класс), здания ил
КОНФИГУРАЦИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ.
В простейших сетях с небольшим числом компьютеров они могут быть полностью равноправными; сеть в этом случае обеспечивает передачу данных от любого компьютера к любому другому для коллективной рабо
ОРГАНИЗАЦИЯ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ.
В любой физической конфигурации поддержка доступа от одного компьютера к другому выполняется программой – сетевой операционной системой, которая по отношению к операционным системам (ОС) отдельных
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ.
Идея использования космического пространства давно волновала лучшие умы человечества. Пока не могли вывести на околоземную орбиту летательный аппарат с отражателем на борту, космическая связь остав
ПРИНЦИПЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ.
Рассмотрим некоторые наиболее важные принципы, используемые в спутниковых системах, предназначенных для передачи информации. Остановимся сначала на ретрансляторе информации. Особенность спутниковог
НЕПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ.
В непозиционной системе значение каждого символа в числе не зависит от позиции, которую занимает знак в записи числа (может быть зависимость от места символа по отношению к другому символу.). Наибо
ПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ.
В позиционной системе значение каждого знака в числе зависит от позиции, которую занимает знак в записи числа.
Основанием системы счисления называетсяколичество различ
ПЕРЕВОД ЧИСЕЛ ИЗ ДЕСЯТИЧНОЙ СИСТЕМЫ В ДРУГУЮ СИСТЕМУ.
Ø Целая и дробная части переводятся порознь.
Ø Чтобы перевести целую часть числа из десятичной системы в систему с основанием В, необходимо разделить ее на В. О
ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.
Языки программирования являются искусственными языками, специально созданными для общения человека с ЭВМ. Языки программирования представляют собой системы обозначений, предназначенные для точного
ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ СИ. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.
Язык программирования C (Си) был разработан Деннисом Ритчи (Dennis Ritchie) в 1972 году как инструмент написания операционной системы (ОС) UNIX для электронной вычислительной машины (ЭВМ) PDP-11 фи
ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ СИ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.
Идентификаторы – это имена переменных, констант, функций, меток и т.п. Внешние идентификаторы (имена функций и глобальных переменных, участвующих в процессе компоновки) согласно AN
Базовые типы данных;
· char- символьные;
· int - целые;
· float – с плавающей точкой;
· double – с плавающей точкой двойной длины;
· void – пустой, не имеющий значения.
Тип
Строковые константы.
Строковые константы определяется как последовательность символов, заключенная в двойные кавычки: ”Строковая константа”.
ПРИМЕЧАНИЕ: См. 4. СТРОКИ И СТРОКОВЫЕ КОНСТАНТЫ.
Ко
Инициализаторы.
Для присваивания начальных значений переменным при их определении используются инициализаторы.
Инициализаторы имеют форму:
= значение;
= {список значений}; /* сложные зна
ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ СИ. СТРУКТУРА ПРОСТОЙ ПРОГРАММЫ.
/* ПРОГРАММА:
information.c – пример вывода сообщения. /* 1 */
*/
/*#############################################*/ /* 2 */
/*============================= inclu
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
направлена вверх, потенциал V станет положительным. Пусть при наклоне фюзеляжа на угол ± 20° потенциал U изменяется от + 10 до - 10 В. Крутизна характеристики преобразования угол - напряжение для такого датчика составит 0,5 В на градус. Таким образом, мы получим аналоговый сигнал углового положения самолета.
Новости и инфо для студентов