1)Понятие «информация», сообщение, данные, сигнал

Сообщения. В теории коммуникации сообщение– это предназначенные для передачи высказывание, текст, изображение, физический предмет или поступок. Сообщения состоят из словесных или невербальных сигналов. Одиночный сигнал не может содержать много информации, поэтому для передачи информации используется ряд следующих друг за другом сигналов. Последовательность сигналов и называется сообщением. Таким образом, от источника к приемнику информация передается в виде сообщений. Сообщение выступает в качестве материальной оболочки для представления информации при передаче. Следовательно, сообщение служит переносчиком информации, а информация является содержанием сообщения. Соответствие между сообщением и содержащейся в нем информацией называется правилом интерпретации сообщения.

Существуют понятия непрерывного (аналогового), дискретного, квантованного и цифрового сообщений. Инф-ия данным качеством не обладает, т.к. она нематериальна, хотя одна и та же инф-ия может быть представлена посредством различных сообщений. В информатике иногда используются сочетания инф-ии, представленной посредством непрерывных сигналов, и инф-ии, представленной посредством дискретных сигналов. При формировании сообщения наряду с сигналом используются и такие понятия, как знак, буква и символ.

Знак– это элемент некоторого конечного множества отличных друг от друга сущностей (жест, рисунок, буква, сигнал светофора, звук). Все множество знаков, используемых для представления дискретной инф-ции, назыв. набором знаков (дискретное множество знаков). Набор знаков, в кот. установлен порядок их следования, назыв. алфавитом.

Алфавит – это упорядоченная совокупность знаков. Порядок следования знаков в алфавите назыв. лексикографическим  и представляет возможность устанавливать отношения больше-меньше (Г<Д). Знаки, используемые для обозначения фонем человеческого языка, назыв. буквами, а их совокупность – алфавитом языка.Символ– приписанное содержание знаку или букве (напряжение в физике принято обозначать буквой U). Таким образом, понятия «знак», «буква» и «символ» нельзя считать тождественными. Представляется важным еще раз подчеркнуть, что понятия знака и алфавита можно отнести только к дискретным сообщениям. Сигнал. Сигнал – физический процесс или явления, несущий сообщение о каком-либо событии, состоянии объекта либо передающий команды управления. Таким образом, изменение характеристики носителя, кот. используется для представления инф-ии, назыв. сигналом, а значение этой характеристики, отнесенное к некоторой шкале измерений, — параметром сигнала. Например, процессы для передачи инф-ции – волны, параметры сигнала – частота, амплитуда и фаза волны. Различают аналоговые, дискретные, квантовые и цифровые сигналы, кот. могут быть синхронными и асинхронными. Аналоговый (непрерывный). Это сигнал, величина кот. непрерывно изменяется во времени. Он обеспечивает передачу данных путем непрерывного изменения во времени амплитуды, частоты либо фазы. Особенные св-ва: отсутствие избыточности. Аналоговые сигналы используются для представления каких-либо непрерывно изменяющихся физических величин (сигнал с микрофона несет инф-ию о быстрых изменениях давления в звуковой волне). Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени. Например, для гармонического сигнала: Дискретный. Процесс перевод аналогового сигнала в дискретный назыв. дискретизацией, а процесс обратный этому – восстановлением. Непрерывный аналоговый сигнал заменяется здесь последовательностью коротких импульсов-отсчетов, величина кот. = значению сигнала в данный момент времени. Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Данные. Это сведения, полученные путем измерения, наблюдения, логических и арифметических операций и представленные в форме, пригодной для постоянного хранения, передачи и обработки. В процессах сбора, обработки и использования данные расчленяются на отдельные элементарные составляющие – элементы данных. Они могут быть выражены целыми и вещественными числами, словами и булевыми величинами, способными принимать 2 значения: «истина» (1) и «ложь» (0). Экономические данные можно подразделить на: условно постоянные (расценки, нормативы, сведения о производительности оборудования; условно постоянными назыв. т.к. время от времени обновляются; хранятся в массивах картотек или вводятся в память машины) и переменные (сведения о выработке рабочих, о сдаче деталей и продукции, о запасах на складе; после расчета, как правило, изымаются из памяти компьютера). Данные хранятся в базах данных.

База данных– совокупность хранимых в памяти компьютера данных, относящихся к определенному объему или кругу дея-ти, специально организованных, обновляемых и логически связанных между собой. Они представляют собой своеобразную информационную модель объекта. Система управления БД – комплекс программных и лингвистических средств общего или специального назначения, реализующий поддержку создания БД, централизованного управления и организации доступа к ним различных пользователей в условиях принятой технологии обработки данных. Она характеризуется используемой моделью, средствами администрирования и разработки прикладных процессов и обеспечивает описание и сжатие данных; манипулирование данными; физическое размещение и сортировка записей; защиту от сбоев, поддержку целостности данных и их восстановление; работу с транзакциями и файлами; безопасность данных. СУБД определяет модель представления данных. Для того, чтобы быть воспринятыми и стать информацией, данные проходят тройной фильтр: физический (ограничения по пропускной способности канала), семантический и прагматический, где оценивается полезность данных. Данные – величина, число или отношение, вводимые в процесс обработки или выводимые из него. Обработка данных – приведение их к такому виду, кот. наиболее удобен для получения их них инф-ии, знания.

Информация. Информация является одной из исходных категорий мироздания, и следовательно, определение «инф-ии вообще» невозможно свести к каким-то простым, исходным терминам. Раньше под инф-ей понимали учение, наставление. Современное понятие инф-ии: — сведения, сообщения о чем-либо, кот. обмениваются люди; — сигналы, импульсы, образы, циркулирующие в технических устройствах; — отражение разнообразия в любых объектах и процессах неживой и живой природы. При методологическом подходе инф-ия рассматривается как абстрактная фикция. Такой подход используется при создании и развитии математической теории инф-ии.

Информативный сигнал — это… Что такое Информативный сигнал?



Информативный сигнал

«…Информативный сигнал — электрические сигналы, акустические, электромагнитные и другие физические поля, по параметрам которых может быть раскрыта конфиденциальная информация (персональные данные), обрабатываемая в информационной системе персональных данных…»

Источник:

«Базовая модель угроз безопасности персональных данных при их обработке в информационных системах персональных данных» (Выписка) (утв. ФСТЭК РФ 15.02.2008)

Официальная терминология. Академик.ру. 2012.

• Информативный предварительный элемент
• Информатизация

Смотреть что такое «Информативный сигнал» в других словарях:

• информативный сигнал — информативный сигнал: Сигнал, по параметрам которого может быть определена защищаемая информация. [Р 50.1.053 2005, пункт 3.2.6] Источник: ГОСТ Р 53114 2008: Защита информации. Обеспечение информационной …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• информативный сигнал — Физический сигнал или химическая среда, содержащие информацию с ограниченным доступом. [Домарев В.В. Безопасность информационных технологий. Системный подход.] Тематики защита информации EN informative signal …   Справочник технического переводчика

• информативный параметр сигнала — Параметр несущего воздействия сигнала, количественно отображающий передаваемую информацию. Примечание Аналогично терминам 46—78 могут быть построены термины и определения для сигналов с заменой слов главный признак (параметр) на… …   Справочник технического переводчика

• дискретный сигнал — Cигнал, информативный параметр которого может изменяться только прерывисто и иметь только конечное число значений в заданном диапазоне в течение определенного интервала времени. [Источник] EN discretely timed signal discrete signal a signal… …   Справочник технического переводчика

• температурный сигнал — ∆T (x, y, τ)=Т (х, у, τ) Тref(x, у, τ) амплитудный информативный параметр; Tref(x, у, τ) эталонная температура. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения… …   Справочник технического переводчика

• дискретный сигнал — Cигнал, информативный параметр которого может изменяться только прерывисто и иметь только конечное число значений в заданном диапазоне в течение определенного интервала времени. [Источник] EN discretely timed signal discrete signal a signal… …   Справочник технического переводчика

• ГОСТ Р 53114-2008: Защита информации. Обеспечение информационной безопасности в организации. Основные термины и определения — Терминология ГОСТ Р 53114 2008: Защита информации. Обеспечение информационной безопасности в организации. Основные термины и определения оригинал документа: 3.1.19 автоматизированная система в защищенном исполнении ; АС в защищенном исполнении:… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Р 50.1.053-2005: Информационные технологии. Основные термины и определения в области технической защиты информации — Терминология Р 50.1.053 2005: Информационные технологии. Основные термины и определения в области технической защиты информации: 3.2.18 (компьютерный) вирус: Вредоносная программа, способная создавать вредоносные программы и (или) свои копии.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Базовая модель угроз безопасности персональных данных при их обработке, в информационных системах персональных данных (выписка) — Терминология Базовая модель угроз безопасности персональных данных при их обработке, в информационных системах персональных данных (выписка): Автоматизированная система система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ — приборы для исследования в оптич. диапазоне (10 3 103 мкм; (см. СПЕКТРЫ ОПТИЧЕСКИЕ)) спектр. состава эл. магн. излучений по длинам волн, нахождения спектр. хар к излучателей и объектов, взаимодействовавших с излучением, а также для спектрального… …   Физическая энциклопедия

Информатика Информация, сигнал, сообщение

Информация — это совокупность сведений, подлежащих хранению, передаче, обработке и использованию в человеческой деятельности.

Изменение характеристики носителя, которое используется для представления информации, называется сигналом, а значение этой характеристики, отнесенное к некоторой шкале измерений, называется параметром сигнала.

Различают два типа сигналов (а значит и два типа сообщений): непрерывные и дискретные.

Для обеспечения простоты и надежности распознавания сигналов дискретного вида (знаков), их число целесообразно свести до минимума. Как правило, прибегают к операции представления исходных знаков в другом алфавите с меньшим числом знаков, называемых символами. При обозначении этой операции используется тот же термин – «кодирование».

Собственная информация

Количество информации, которое несет в себе буква x_iалфавита, назовемсобственной информацией, содержащаяся вx_iи обозначим.

.

Формула Шеннона

Усредним собственную информацию, т.е. рассчитаем, какое среднее количество информации несет в себе один символ алфавита : .

Среднее количество информации, приходящееся на одну букву, называется энтропией алфавита (или источника) и обозначается H:

— формула Шеннона.

Очевидно, что среднее¹количество информации в сообщении длины n вычисляется по формуле:

.

Замечание. Количество информации приписывается самому сообщению.

Замечание. Энтропия является характеристикой источника сообщений (алфавита).

Формула Хартли

При равновероятности знаков алфавита , из формулы Шеннона получаем: .

— формула Хартли.

Единицы измерения информации

Единицу количества информации на один элемент сообщения (единицу измерения энтропии) называют битом.

Рассмотрим алфавит равновероятных символов, энтропия которого равна 1: . Так как отсюда следует , то ясно, что 1 бит — это количество информации, которое содержится в двоичном сообщении (алфавит {0,1}) длины 1.

В дальнейшем в выражениях для I и H всегда будем использовать логарифмы с основанием 2.

Свойства энтропии

1. Энтропия Н — величина

— неотрицательная (Н  0),

— ограниченная, Эти свойства следуют из того, что такими же качествами обладают все ее слагаемые .

2. Энтропия равна нулю, если вероятность одного из символов равна 1. В этом случае говорят о полностью детерминированном источнике и об отсутствии неопределенности в нем, так как наблюдатель знает о сообщении источника до момента его наблюдения.

3. Можно также показать, что энтропия максимальна, если все знаки алфавита равновероятны, т.е. Н_max = log m. Таким образом, для поиска максимально возможного значения энтропии (для фиксированного числа символов) используется формула Хартли.

4. Особый интерес представляют бинарные сообщения, использующие бинарный алфавит {0,1}. Так как при m = 2 вероятности знаков алфавита p₁  1 и p₂  1, то можно положить p₁ = p и p₂ = 1-p. Тогда энтропия определяется соотношением

.

2. Понятие сообщения, данных, сигнала.

Данные – это составная часть информации и представляют собой зарегистрированные сигналы. Характеристика, используемая для представления сообщений, называется параметром сигнала. Когда он принимает последовательное во времени конечное число значений, сигнал называется дискретным, а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов – дискретное. Если же источник вырабатывает непрерывное сообщение, то информация называется непрерывной. Любое сообщение может быть представлено как дискретное, т.е посредством последовательности знаков некоторого алфавита. Такой процесс называется дискретизацией. Это особенно важно для вычислительной техники, так как ЭВМ есть цифровая машина и внутреннее представление информации в ней дискретно.

Сигнал — это изменяющийся во времени физический процесс.

Сигналы могут порождать в физических телах изменения свойств. Это явление называется регистрацией сигналов. Сигналы, зарегистрированные на материальном носителе, называются данными.

Сообщения – это сведения о каких-то событиях.

3. Атрибутивные свойства информации.

Атрибутивные свойства — это те свойства, которые отображают внутреннюю природу информации и особенности использования. Это такие свойства как:

Кумулятивность информации — накопление информации. Способность информации к более строгому, обобщенному и компактному изложению в процессе создания новой информации.

Преемственность информации хорошо отображается в словах Исаака Ньютона: Я видел дальше других, потому что стоял на плечах гигантов. Преемственность информации характеризует не только её накопительный характер, но и освоение информации, и её обработку.

Концентрация информации проявляется в том, что по мере накопления определенных единиц информации они имею тенденцию к объединению в более информационно-ёмкие формы.

Эмерженнтность информации заимствованно из теории систем. Эмерджентность — это свойства сложных систем, которые порождаются взаимодействием элементов и не наблюдаются ни в одном из элементов, если они рассматриваются отдельно. То есть система больше суммы своих систем.

Неассоциативность и некоммутативность информации — любая информация — это не арифметическая сумма составляющих её элементов, эти элементы нельзя использовать в другой последовательности. Как говорится, сначала надо думать, а потом делать, но никак не наоборот.

Старение информации — информация, которая уже не представляет ценности для пользователя. Абсолютно устаревшая информация — это информация, которая с появлением новой информацией оказалась недостоверной. Относительно устаревшей информация называется тогда, когда она может быть дополнена новой информацией.

Рассеяние информации — свойство информации, вытекающее из её межотраслевого характера и противоположное концентрации информации. По мере концентрации информации, она становится её значение в других отраслях, и усиливается тенденция рассеяния.

4. Показатели качества информации, формы и способы представления информации.

Адекватность информации может выражаться в трех формах: семантической, синтаксической, прагматической.

• Синтаксическая адекватность. Она отображает формально-структурные характеристики информации и не затрагивает ее смыслового содержания. Эта форма способствует восприятию внешних структурных характеристик, т.е. синтаксической стороны информации.

• Семантическая (смысловая) адекватность. Эта форма определяет степень соответствия образа объекта и самого объекта. Семантический аспект предполагает учет смыслового содержания информации.

• Прагматическая (потребительская) адекватность. Она отражает отношение информации и ее потребителя, соответствие информации цели управления, которая на ее основе реализуется. Эта форма адекватности непосредственно связана с практическим использованием информации, с соответствием ее целевой функции деятельности системы.

Качество информации определяется такими показателями, как:

репрезентативность,

содержательность,

достаточность,

доступность,

актуальность,

своевременность,

точность,

достоверность,

устойчивость.

Репрезентативность информации связана с правильностью ее отбора и формирования в целях адекватного отражения свойств объекта.

Важнейшее значение здесь имеют:

• правильность концепции, на базе которой сформулировано исходное понятие;

• обоснованность отбора существенных признаков и связей отображаемого явления.

Нарушение репрезентативности информации приводит нередко к существенным ее погрешностям.

Содержательность информации отражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных.

С увеличением содержательности информации растет семантическая пропускная способность информационной системы, так как для получения одних и тех же сведений требуется преобразовать меньший объем данных.

Наряду с коэффициентом содержательности С, отражающим семантический аспект, можно использовать и коэффициент информативности, характеризующийся отношением

Достаточность (полнота) информации означает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения состав (набор показателей). Понятие полноты информации связано с ее смысловым содержанием (семантикой) и праг-матикой. Как неполная, т.е. недостаточная для принятия правильного решения, так и избыточная информация снижает эффективность принимаемых пользователем решений.

Доступность информации восприятию пользователя обеспечивается выполнением соответствующих процедур ее получения и преобразования. Например, в информационной системе информация преобразовывается к доступной и удобной для восприятия пользователя форме. Это достигается, в частности, и путем согласования ее семантической формы с тезаурусом пользователя.

Актуальность информации определяется степенью сохранения ценности информации для управления в момент ее использования и зависит от динамики изменения ее характеристик и от интервала времени, прошедшего с момента возникновения данной информации.

Своевременность информации означает ее поступление не позже заранее назначенного момента времени, согласованного с временем решения поставленной задачи.

Точность информации определяется степенью близости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п. Для информации, отображаемой цифровым кодом, известны четыре классификационных понятия точности:

• формальная точность, измеряемая значением единицы младшего разряда числа;

• реальная точность, определяемая значением единицы последнего разряда числа, верность которого гарантируется;

• максимальная точность, которую можно получить в конкретных условиях функционирования системы;

• необходимая точность, определяемая функциональным назначением показателя.

Достоверность информации определяется ее свойством отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Измеряется достоверность информации доверительной вероятностью необходимой точности, т.е. вероятностью того, что отображаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности.

Устойчивость информации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности. Устойчивость информации, как и репрезентативность, обусловлена выбранной методикой ее отбора и формирования.

В заключение следует отметить, что такие параметры качества информации, как репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, устойчивость, целиком определяются на методическом уровне разработки информационных систем.

Параметры актуальности, своевременности, точности и достоверности обусловливаются в большей степени также на методическом уровне, однако на их величину существенно влияет и характер функционирования системы, в первую очередь ее надежность.

При этом параметры актуальности и точности жестко связаны соответственно с параметрами своевременности и достоверности.

Информационное поле — это находящаяся в поле зрения оператора часть пространства, предназначенная для передачи информации, представленной совокупностью оптических образов.

Все сообщения, поступающие на средства воспроизведения информации, кодируются, т.е. всему сообщению или отдельным его частям присваивается определенный символ.

Различают три основные группы символов: геометрические, физические и цифровые.

Геометрические выражают значение какого-либо фактора длиной линии, расстоянием между двумя точками или углом. Они используются и для воспроизведения трехмерной информации.

Физические отображают значения параметров физическим состоянием носителя информации. В качестве физической символики используются: интенсивность одноцветной окраски участков поверхности носителя — тонография; степень почернения светочувствительного материала — фотография; интенсивность свечения люминесцентного вещества — люминография; величина электрического потенциала в точках наэлектризованного диэлектрика — электроннография; цвет окраски участков поверхности носителя — колография; величина магнитной индукции в элементах намагниченного носителя — феррография.

Знаковые (цифровые) символы отображают цифры, буквы и условные знаки, их сочетания, соответствующие системам счисления.

Для кодирования информации применяется ряд способов: например изменение формы, цвета и размера знаков; положения и ориентации знаков на информационном поле; яркости свечения.

Урок 24. информация и электрические сигналы — Естествознание — 11 класс

Естествознание, 11 класс

Урок 24. Информация и электрические сигналы

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

• Почему в современных устройствах информация преобразуется в электрические сигналы?
• Что такое аналоговые и цифровые сигналы и в чём у них отличие?
• Как преобразуется информация?

Глоссарий по теме:

Данные — удобная форма представления информации – сигналы, зарегистрированные на материальные носители.

Информация – полезное содержание данных – это вся совокупность сведений об окружающем нас мире, о всевозможных протекающих в нем процессах, которые могут быть восприняты живыми организмами, электронными машинами и другими информационными системами.

Сигнал – изменяющийся во времени физический процесс.

Информационные технологии – все, что связано с обработкой, передачей, хранением, воспроизводством информации.

Аналоговый сигнал – сигнал аналогичный изменению физической величины во времени.

Датчик – устройство, преобразовывающее изменение физических процессов в сигнал.

Цифровые сигналы – последовательность электрических импульсов, содержащих закодированную информацию

Усилитель – устройство, усиливающее сигнал.

Аналого—цифровые преобразователи – приборы, осуществляющие перевод сигнала из аналогового в цифровой.

Цифро-аналоговые преобразователи – приборы, осуществляющие перевод сигнала из цифрового в аналоговый.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Наш век называют веком информационных технологий. Под этим понятием понимают все, что связано с обработкой, передачей, хранением, воспроизводством информации.

Информация — это вся совокупность сведений об окружающем нас мире, о всевозможных протекающих в нем процессах, которые могут быть восприняты живыми организмами, электронными машинами и другими информационными системами.

Человек еще с древности научился искусственно сохранять и передавать информацию: наскальные рисунки, скрижали, книги… Но лишь во второй половине 20 века появились информационные технологии.

В наше время для обработки информации используются электрические сигналы, являющиеся посредниками между устройствами, воспринимающими, воспроизводящими и хранящими информацию. Удобства этой системы в универсальности электрического сигнала. Разобраться в его сути проще всего на примере угольного микрофона, которым до недавнего времени снабжались все телефонные аппараты.

Устройство представляет собой коробочку с угольным порошком, закрытую гибкой мембраной, к которой прикреплен диффузор. Чем больше давление звуковой волны на диффузор, тем сильнее сжимается угольный порошок. Чем больше сжимается угольный порошок, тем меньше его сопротивление. Если к коробочке с угольным порошком подсоединить источник тока и воздействовать на диффузор звуковой волной, то по цепи пойдет ток. Этот ток является электрическим сигналом, несущим информацию о звуковой волне. Такой сигнал аналогичен изменению во времени некоторой физической величины (в нашем случае давление), поэтому он называется аналоговым. Устройства, преобразовывающие изменение физических процессов в сигнал, называются датчиками. Описанный микрофон – простейший датчик давления воздуха.

Немаловажным прибором является усилитель. Он используется, например, в концертных залах для увеличения громкости звука без его искажения. Иногда сигнал тех же музыкальных инструментов искажают, получая новое звучание.

Сейчас аналоговый сигнал почти вышел из употребления. Ему на смену пришел цифровой. Переход от аналогового сигнала к цифровому осуществляют аналого-цифровые преобразователи. Для обратного перевода из цифрового в аналоговый сигнал используется цифроаналоговые преобразователи. В результате мы получаем искаженный сигнал. Этот недостаток компенсируется возможностью легкой работы с цифровым сигналом в приборах по определенной заложенной программе.

Обычно запись сигнала ведется в двоичной системе счисления. Запись в двоичной системе используется для общения азбукой Морзе. Нас интересует перевод из двоичной в десятичную и обратно.

Рассмотрим перевод из десятичной в двоичную на примере числа 53.

Для перевода достаточно разделить исходное число на 2 до получения 1 в остатке, а потом записать числа промежуточных ответов в обратном порядке. То есть число 53₁₀=110101_2.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Решите кроссворд.

По горизонтали:

1. Система счисления, в которой запись ведется только числами 1 и 0.

2. устройство, преобразовывающее изменение физических процессов в сигнал.

По вертикали:

3. Изменяющийся во времени физический процесс.

Правильные ответы:

2. Ответьте на вопросы:

1. Какому числу в десятичной системе счисления соответствует число 111011110в двоичной?
2. В каком веке появилось понятие информационные технологии?
3. Сколько букв в русской азбуке Морзе?

Правильные варианты:

1. 478

2. 20

3. 33

3. Вставьте слова в предложение:

Микрофон представляет собой коробочку с _____________ порошком, закрытую гибкой _____________, к которой прикреплен диффузор.

Варианты ответа: вольфрамовый, металлический, угольный, мембраной, крышкой.

Правильный вариант/варианты: угольный, мембраной.

Представление звуковой информации в компьютере — урок. Информатика, 10 класс.

Звук представляет собой непрерывный сигнал — звуковую волну с меняющейся амплитудой и частотой.

 

Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека.

 

Чем больше частота сигнала, тем выше тон.

 

 

Частота звуковой волны выражается числом колебаний в секунду и измеряется в герцах (Гц, Hz).

 

Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от \(20\) Гц до \(20\) кГц, который называют звуковым.

Количество бит, отводимое на один звуковой сигнал, называют глубиной кодирования звука.

Современные звуковые карты обеспечивают \(16\)-, \(32\)- или \(64\)-битную глубину кодирования звука.

 

При кодировании звуковой информации непрерывный сигнал заменяется дискретным, то есть превращается в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Процесс перевода звуковых сигналов от непрерывной формы представления к дискретной, цифровой форме называют оцифровкой.

Важной характеристикой при кодировании звука является частота дискретизации — количество измерений уровней сигнала за \(1 \)секунду:

— \(1\) (одно) измерение в секунду соответствует частоте \(1\) Гц;

— \(1000\) измерений в секунду соответствует частоте \(1\) кГц.

Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Количество измерений может лежать в диапазоне от \(8\) кГц до \(48\) кГц (от частоты радиотрансляции до частоты, соответствующей качеству звучания музыкальных носителей).

 

Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации \(8000\) раз в секунду, глубине дискретизации \(8\) битов и записи одной звуковой дорожки (режим «моно»). Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации \(48 000 \)раз в секунду, глубине дискретизации \(16\) битов и записи двух звуковых дорожек (режим «стерео»).

Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.

Оценить информационный объём моноаудиофайла (\(V\)) можно следующим образом: V = N⋅f⋅k, где \(N\) — общая длительность звучания (секунд), \(f\) — частота дискретизации (Гц), \(k\) — глубина кодирования (бит).

 

Например, при длительности звучания \(1\) минуту и среднем качестве звука (\(16\) бит, \(24\) кГц):

V = 60⋅24000⋅16 бит = 23040000 бит = 2880000 байт = 2812,5 Кбайт = 2,75 Мбайт.

 

При кодировании стереозвука процесс дискретизации производится отдельно и независимо для левого и правого каналов, что, соответственно, увеличивает объём звукового файла в два раза по сравнению с монозвуком.

 

Например, оценим информационный объём цифрового стереозвукового файла длительностью звучания \(1 \)секунда при среднем качестве звука (\(16\) битов, \(24 000\) измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в \(1 \)секунду и умножить на \(2\) (стереозвук):

V=16 бит ⋅24000⋅2 = 768000 бит = 96000 байт = 93,75 Кбайт.

 

Существуют различные методы кодирования звуковой информации двоичным кодом, среди которых можно выделить два основных направления: метод FM и метод Wave-Table.

 

Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, и, следовательно, может быть описан кодом. Разложение звуковых сигналов в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).

 

Преобразование звукового сигнала в дискретный сигнал: a — звуковой сигнал на входе АЦП; б — дискретный сигнал на выходе АЦП.

 

Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Процесс преобразования звука представлен на рис. ниже. Данный метод кодирования не даёт хорошего качества звучания, но обеспечивает компактный код.

 

Преобразование дискретного сигнала в звуковой сигнал: а — дискретный сигнал на входе ЦАП; б — звуковой сигнал на выходе ЦАП.

 

Таблично-волновой метод (Wave-Table) основан на том, что в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков окружающего мира, музыкальных инструментов и т. д. Числовые коды выражают высоту тона, продолжительность и интенсивность звука и прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

 

Звуковые файлы имеют несколько форматов. Наиболее популярные из них MIDI, WAV, МРЗ.

 

Формат MIDI (Musical Instrument Digital Interface) изначально был предназначен для управления музыкальными инструментами. В настоящее время используется в области электронных музыкальных инструментов и компьютерных модулей синтеза.

 

Формат аудиофайла WAV (waveform) представляет произвольный звук в виде цифрового представления исходного звукового колебания или звуковой волны. Все стандартные звуки Windows имеют расширение WAV.

 

Формат МРЗ (MPEG-1 Audio Layer 3) — один из цифровых форматов хранения звуковой информации. Он обеспечивает более высокое качество кодирования.

Квантование (обработка сигналов) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 июня 2016; проверки требуют 45 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 июня 2016; проверки требуют 45 правок. У этого термина существуют и другие значения, см. Квантование. Квантованный сигнал Неквантованный сигнал с дискретным временем

Квантова́ние (англ. quantization) — в обработке сигналов — разбиение диапазона отсчётных значений сигнала на конечное число уровней и округление этих значений до одного из двух ближайших к ним уровней^[1]. При этом значение сигнала может округляться либо до ближайшего уровня, либо до меньшего или большего из ближайших уровней в зависимости от способа кодирования^[2]. Такое квантование называется скалярным. Существует также векторное квантование — разбиение пространства возможных значений векторной величины на конечное число областей и замена этих значений идентификатором одной из этих областей^[3].

Не следует путать квантование с дискретизацией (и, соответственно, шаг квантования с частотой дискретизации). При дискретизации изменяющаяся во времени величина (сигнал) замеряется с заданной частотой (частотой дискретизации), таким образом, дискретизация разбивает сигнал по временной составляющей (на графике — по горизонтали). Квантование же приводит сигнал к заданным значениям, то есть округляет сигнал до ближайших к нему уровней (на графике — по вертикали). В АЦП округление может производиться до ближайшего меньшего уровня. Сигнал, к которому применены дискретизация и квантование, называется цифровым.

Квантование часто используется при обработке сигналов, в том числе при сжатии звука и изображений.

При оцифровке сигнала количество битов, кодирующих один уровень квантования, называют глубиной квантования или разрядностью. Чем больше глубина квантования и чем больше частота дискретизации, тем точнее цифровой сигнал соответствует аналоговому. В случае равномерного квантования глубина квантования определяет динамический диапазон, измеряемый в децибелах (1 бит на 6 дБ)^[4].

Равномерное (однородное) квантование — разбиение диапазона значений отсчётов сигнала y{\displaystyle y} на отрезки равной длины и замена этих значений на ближайший уровень квантования yq{\displaystyle y_{q}}. В этом случае возможны два варианта квантования^[5]:

1. Если значения сигнала находятся в интервале [0,h]{\displaystyle [0,h]}, где h{\displaystyle h} — шаг квантования, то они округляются до уровня h/2{\displaystyle h/2} (midrise — характеристика квантования с нулём на границе шага квантования):

yq=(⌊yh⌋+0.5)⋅h{\displaystyle y_{q}=\left(\left\lfloor {y \over h}\right\rfloor +0.5\right)\cdot h}

2. Если значения сигнала находятся в интервале [−h/2,h/2]{\displaystyle [-h/2,h/2]}, то они округляются до нулевого уровня (midtread — характеристика квантования с нулём в центре шага квантования):

yq=⌊yh+0.5⌋⋅h{\displaystyle y_{q}=\left\lfloor {y \over h}+0.5\right\rfloor \cdot h},

где ⌊.⌋{\displaystyle \left\lfloor {.}\right\rfloor } — округление до ближайшего меньшего целого.

После дискретизации и квантования получается цифровой сигнал. Затем уровень квантования yq{\displaystyle y_{q}} заменяется набором чисел. Для квантования в двоичном коде диапазон изменения сигнала от минимального значения ymin{\displaystyle y_{\min }} до максимального значения ymax{\displaystyle y_{\max }} делится на 2n{\displaystyle 2^{n}} уровней квантования, где n{\displaystyle n} — разрядность квантования. Величина получившегося интервала между уровнями (шаг квантования):

h=ymax−ymin2n.{\displaystyle h={\frac {y_{\max }-y_{\min }}{2^{n}}}.}

Каждому уровню присваивается n{\displaystyle n}-разрядный двоичный код — номер уровня, записанный двоичным числом. Каждому отсчёту сигнала присваивается код ближайшего к нему уровню. Таким образом, после дискретизации и квантования аналоговый сигнал представляется последовательностью двоичных чисел, соответствующих значениям сигнала в определённые моменты времени, то есть двоичным сигналом. При этом каждое двоичное число представляется последовательностью импульсов высокого (1) и низкого (0) уровня. Разрядность квантования звука обычно выбирается равной от 8 до 32 битов (сравнение цифровых аудиоформатов), но обычно 16 или 24 бита^[6].

Неравномерное квантование — квантование, при котором разбиение диапазона значений сигнала производится на отрезки неравной длины. Применяется с целью повышения точности квантования в случае, когда распределение значений сигнала неравномерное, например при квантовании звука. При этом уровни квантования должны располагаться чаще в тех областях, где значения сигнала более вероятны. При квантовании речевых сигналов чаще используется компрессор, увеличивающий малые значения сигнала и уменьшающий большие значения, и последующее равномерное квантование.