1. Сообщения и сигналы, кодирование и квантование сигналов.

В информационном процессе один и тот же объект (или система) может последовательно выступать в роли приёмника, носителя и источника информации для последующих приемников.

Для того чтобы приёмник информации мог воспринять ее от источника, они должны встретиться в одной точке физического пространства, и провести вместе некоторое время.

Рис. 5. Система сообщений.

Сообщение – многозначное слово.

Сообщение (в пространстве) – совместная, общая часть. Непосредственный контакт (место совмещения, соединения) источника и приёмника информации. Именно при непосредственном контакте происходит изменение значений свойств элементов приёмника информации под воздействием источника. Если сообщение в пространстве не установлено, восприятие информации не возможно.

Воспроизведение информации с целью ее передачи, будет результативно только тогда, когда есть непосредственное сообщение с объектом, способным выступить в роли приемника информации и дальнейшего ее носителя. Это означает, что если нет среды, способной колебаться под воздействием наших голосовых связок, бесполезно воспроизводить эти колебания; если нет никакого освещения, бесполезно подмигивать собеседнику; если собеседник закрыл глаза, то бесполезно подмигивать и при освещении ;-)

Система сообщений (коммуникация, система связи) - последовательная цепь сообщений, обеспечивающая опосредованную передачу информации. При этом установление отдельных сообщений в системе может быть разнесено, как в пространстве, так во времени.

Отсутствие в памяти приёмника реакции на какой-то объект материального мира, не означает того, что этого объекта не существует в материальном мире, а только то, что, либо память приемника не чувствительна к проявлениям этого объекта, либо они не сообщаются в пространстве.

Когда мы изменяем настройку частот радиоприемника, мы перенастраиваем систему сообщений на другой источник. Источником в данном случае является радиоволна. Когда мы слышим шум – это и есть наше восприятие радиоволны, сообщение с которой наших органов слуха в данный момент установлено посредством радиоприемника. Когда мы слышим музыку, мы воспринимаем информационный образ, переданный этой волне предыдущим источником.

В информатике под словом “сообщение” чаще всего понимают получаемое или предназначенное для передачи информационное послание: устное сообщение, письмо, записку, message.

Сообщение во времени. Сигнал.

Соединение источника и приемника информации в пространстве имеет некоторую продолжительность во времени. Т.е. существует момент начала сообщения и момент окончания сообщения. Это время, за которое происходит процесс восприятия информации в память ее приемника. Форму процесса сообщения нам удобно описывать в виде сигнала.

Сигнал¹ – представление процесса сообщения в виде изменяющихся во времени значений свойств элементов памяти приёмника информации.

Воспринятый сигнал есть отражение реакции приемника на поведение источника в процессе их сообщения.

Одно из самых распространенных определений сигнала – процесс, несущий информацию.

Непрерывное и дискретное

В зависимости от того, меняются свойства приёмника информации под воздействием источника непрерывно (плавно) или дискретно (скачкообразно), воспринимаемый им сигнал имеет непрерывную или дискретную форму. Непрерывный сигнал может принимать бесконечное множество значений, а количество значений дискретного сигнала ограниченно.

Абсолютное большинство процессов в природе протекают с нашей точки зрения непрерывно (изменение напряжения, температуры, давления, скорости…). Непрерывно меняющиеся величины называют аналоговыми величинами, а соответствующие им сигналы – аналоговыми. Т.е. аналоговый сигнал означает непрерывный по значению сигнал.

Все модели реальных процессов в наших рассуждениях о них – дискретны. Мы наносим цифровую шкалу на столбик термометра, цифры на циферблат часов и т.д. Поэтому дискретные сигналы называют также цифровыми сигналами. Дискретны и все сигнальные (символьные) системы, созданные человечеством для обмена информацией, т.е. любая из них использует конечное число возможных значений.

Чтобы получить из непрерывного сигнала его дискретное представление необходимо измерять значение сигнала через равные промежутки времени, и соотносить полученный результат измерения с одним из возможных значений, составляющих дискретное множество.

Рис. 6. Представление непрерывного и дискретного сигналов.

В теории информации и передачи сигналов под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо событиях, процессах, явлениях и т.п., рассматриваемых в аспекте их передачи в пространстве и во времени.

Информацию передают в виде сообщений. Сообщением называют информацию, выраженную в определенной форме и предназначенную для передачи от источника к адресату. Примерами сообщений служат тексты телеграмм, речь, музыка, телевизионное изображение, данные на выходе компьютера, команды в системе автоматического управления объектами и т.п.

Сообщения передают с помощью сигналов, которые являются носителями информации. Основным видом сигналов являются электрические сигналы. В последнее время всё большее распространение получают оптические сигналы, например, в волоконно-оптических линиях передачи информации.

В теории информации изучают свойства процессов, которые имеют место при передаче информации на расстояние при помощи сигналов. При этом важное значение имеют понятия качества и скорости передачи информации.

Качество передачи информации тем выше, чем меньше искажения информации на приёмной стороне. С увеличением скорости передачи информации требуется принимать специальные меры, препятствующие потерям информации и снижению качества передачи информации.

Рис. 7 Структурная схема системы передачи информации

Передатчик преобразует исходное сообщение A(x) в сигнал  , где x - независимая переменная. Сообщения и сигналы чаще всего рассматриваются в зависимости от времени. Роль линии связи может выполнять любая физическая среда (воздух, провода, оптическое волокно). В приёмнике полученный сигнал , искаженный влиянием помех, преобразуется в копию сообщения B(x), которая должна быть по возможности наиболее близка к оригиналу A(x).

Дискретное сообщение является конечной последовательностью отдельных символов. Для преобразования дискретного сообщения в сигнал необходимо выполнить операцию кодирования сообщения, при котором повышается скорость и помехоустойчивость передачи информации.

Непрерывное сообщение определяется непрерывной функцией времени. Непрерывные сообщения можно передавать дискретными методами. Для этого непрерывный сигнал (сообщение) подвергают дискретизации во времени и квантованию по уровню. На приёмной стороне выполняется восстановление непрерывной функции по дискретным отсчётам.

При математическом описании сообщений формирование дискретных сообщений рассматривают как последовательный случайный выбор того или иного символа из алфавита источника сообщений, т.е. как формирование дискретной случайной последовательности.

Формирование непрерывных сообщений представляет собой выбор реализаций (случайных функций) непрерывного случайного процесса.

Пример дискретного сообщения – процесс чтения книги, информация в которой представлена текстом, то есть дискретной последовательностью отдельных букв.

Примеров непрерывной информации служит человеческая речь, передаваемая модулированной звуковой волной, параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника - человеческого уха.