1.1.2. Виды информации

Общее философское понятие информации – это отражение реального мира. По структуре и метрическим свойствам информация подразделяется на параметрическую и топологическую.

Топологическая – геометрические образы, карты местности, различные плоские изображения и объемные объекты. В инженерной практике широкое распространение имеет параметрическая информация (наборы численных оценок каких-либо параметров – измеряемых величин), которую можно свести к следующим четырем основным видам: событию, величине, функции и комплексу.

Событие

Первичным и неделимым элементом информации является элементарное двоичное событие А (рис. 1.3, а) — выбор из утверждения или отрицания, истины или лжи, согласия или несогласия, наличия или отсутствия какого-либо явления. Примером могут служить сведения об импульсе или паузе в электрической цепи, выпуске годного или негодного изделия, достижении или недостижении измеряемой величиной одного определенного значения, черном или белом элементах телевизионного изображения, попадании или непопадании в цель, наличии или отсутствии команды и т. д.

Д воичность (есть или нет) события позволяет представлять его условно в геометрической символике точкой и пробелом (• и О), в арифметической символике – единицей и нулем (1 и 0), в сигнальной символике – импульсом и паузой ( _. и __ ).

Событие является категорией нулевой меры, т. е. не имеет геометрических измерений. Поэтому оно и представимо точкой.

Величина

Величина Х (рис. 1.3, б) есть упорядоченное в одном измерении (по шкале значений) множество событий, причем каждое из них отвечает принятию величиной какого-либо одного значения. Величина может быть или дискретной, или непрерывной; в первом случае множество событий счетно, во втором — несчетно. Геометрически величину можно представить линией (рис. 1.3, б).

Функция

Функция Х(Т) (рис. 1.3, в), X(N) или X₂(X₁) есть соотношение между величиной и временем, пространством или другой величиной. В этом смысле функцию можно трактовать как двумерное поле событий.

Комплекс

Полный комплекс информации X(T,N) (рис 1.3, г) есть соответствие между величиной, с одной стороны, и временем и пространством – с другой. Таким образом, полный комплекс информации есть трехмерное поле событий.

Следовательно, источник информации обладает способностью изменять во времени или пространстве свое состояние. Источником информации могут быть различные физические величины и процессы, например: ЭДС термопары (величина), ток фотодиода (фототранзистора) (событие, величина, функция), напряжение тензодатчика, горение сигнальной лампы (событие) и т. д. Сведения о состоянии источника называются сообщениями. Для их передачи используются сигналы, которые по имеющимся каналам поступают к приемнику сообщения.

Таким образом, сигналом называется физический процесс, параметры которого содержат информацию (сообщение) и который пригоден для обработки и передачи на расстояние.

Одно и то же сообщение может быть передано разными сигналами (например, жест регулировщика и сигнал светофора). Сигнал может быть электрическим, акустическим, оптическим и др. — в зависимости от свойств источника, приемника и среды, в которой передается сообщение. Основное внимание будем уделять электрическим сигналам (телевидение, радио, телефония), хотя все чаще применяются устройства, в которых сообщения передаются некоторым набором сигналов, например, в оптроне электрический сигнал на входе превращается в световое излучение, которое затем подвергается обратному преобразованию. При всех преобразованиях сигнала сохраняется содержащаяся в нем информация, хотя некоторые потери ее возможны (искажения, появление шумов и других видов помех).

Так как сообщение предполагает изменение состояния источника, сигнал также должен иметь какой-то один или группу параметров, подвергающихся изменению, модуляции. Сигнал, в котором ничего не меняется, не может нести информации. Показания прибора становятся информативными только при их изменении, подобно тому как, сейсмограф привлекает внимание лишь тогда, когда он после длительной паузы свидетельствует о толчке.

В зависимости от того, какой исходной (априорной) информацией о свойствах источника и характере протекания сигнала во времени располагаем, принято разделять сигналы на детерминированные и случайные. Детерминированными считаются такие сигналы, поведение которых можно предсказать заранее с приемлемой точностью. Допустим, что генератор вырабатывает синусоидальное напряжение с амплитудой U₀, частотой ₀ и начальной фазой ₀. Мгновенное значение напряжения на выходе генератора в любой момент времени: u(t)=U₀cos((₀t + ₀). Таким образом, детерминированный сигнал может быть задан своей математической моделью — описанием в виде некоторой, вполне определенной функции времени, что облегчает анализ различных свойств сигнала и способов его преобразования.

Случайными называют сигналы, которые, в отличие от детерминированных, нельзя предсказать с достаточно малой погрешностью, так как состояние источника информации в данном случае определяется большим числом факторов, поэтому каждая серия измерений описывается своей функцией времени (реализацией процесса). Классическим примером случайных сигналов являются помехи – наводки по цепям электропитания, шумы усилителей, сбои в работе цифровой аппаратуры. В более широком смысле любой сигнал, точный закон изменения которого неизвестен, рассматривается как случайный. Для описания случайных сигналов используются вероятностные (стохастические) законы, характеризующие распределение вероятностей отдельных значений сигнала для каждого момента времени.