2. Повідомлення та сигнали

Інформація передається і зберігатися у вигляді певних інформаційних об’єктів − повідомлень чи їх частин (пакетів, блоків, комірок, кадрів тощо).

Під повідомленням розуміють сукупність знаків або первинних сигналів, які містять інформацію. Приклад повідомлень: текст телеграми, дані на виході ЕОМ, мова, музика і т.д. Для того, щоб повідомлення можна було передати одержувачу, необхідно скористатися деяким фізичним процесом, здатним з тією або іншою швидкістю розповсюджуватися від джерела до одержувача повідомлення. Фізичний процес, що змінюється в часі і відображає переданий елемент повідомлення, називається сигналом.

Повідомлення можуть бути функціями часу (коли інформація подана у вигляді первинних сигналів: мова, музика) і не бути ними (коли інформація подана у вигляді сукупності знаків). Сигнал завжди є функцією часу. Залежно від того, які значення можуть приймати аргумент (час − t) і рівні сигналів, їх поділяють на читирі типи.

1. Неперервні, або аналогові сигнали (випадкові сигнали цього типу називаються неперервними випадковими процесами). Вони визначені для всіх моментів часу і можуть приймати всі значення із заданого діапазону. Найчастіші фізичні процеси, що породжують такі сигнали, є неперервними (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Приклад неперервного, або аналогового сигналу

Цим і пояснюється друга назва сигналів даного типу − аналогові, тобто аналогічні процесам, що їх породжують.

2. Дискретизовані, або дискретно неперервні сигнали (випадкові сигнали цього типу називають процесами з дискретним часом, або неперервними випадковими послідовностями). Вони визначені лише в окремі моменти часу і можуть приймати будь-які значення рівня.

Рис. 1.3. Приклад дискретно неперервного сигналу

Часовий інтервал Δt між сусідніми відліками має називається кроком дискретизації. Часто такі сигнали називають дискретними за часом (рис. 1.3).

3. Дискретні за рівнем, або квантовані сигнали.

Випадкові сигнали цього типу називають дискретними випадковими процесами. Вони визначені для всіх моментів часу і приймають лише дозволені значення рівнів, що відокремлені один від одного на величину кроку квантування Δx = x_k+1  x_k (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Приклад дискретного за рівнем, або квантованого сигналу

4. Дискретні за рівнем і часом сигнали (випадкові сигнали цього типу називають дискретними випадковими послідовностями).

Рис. 1.5. Приклад дискретного за рівнем і часом сигналу

Вони визначені лише в окремі дозволені моменти часу і можуть приймати лише дозволені значення рівнів (рис. 1.5).

2. Інформаційні технології. Кодування в інформаційно–телекомунікаційних системах

2.1. Кодування повідомлень в інформаційно–телекомунікаційних системах. Поняття про кодування і код

За структурою повідомлення (сигнали) поділяють на неперервні і дискретні. Якщо сигнал (повідомлення) в обмеженому інтервалі амплітуд має довільну кількість значень, то він (воно) називається неперервним, наприклад, сигнали в аналогових пристроях. Якщо сигнал (повідомлення) в обмеженому інтервалі амплітуд приймає скінчену кількість значень, то він (воно) називається дискретним.

Дискретні сигнали, як форма подання інформації під час її передачі застосовується ширше, ніж неперервні. Це пояснюється тим, що на дискретні сигнали в каналах зв'язку менше впливають завади, спотворення дискретного сигналу легше виявити, ніж спотворення неперервного, і, головне, дискретні сигнали легко зберігаються, передаються і обробляються.

Повідомлення, які передаються при використанні інформаційної системи передачі даних і є найчастіше низькочастотними, зазвичай погано пристосовані для їх ефективної ретрансляції каналами зв’язку. Тому інформаційні повідомлення в процесі передачі, як правило, підлягають процедурам перетворення та кодування.

Кодування повідомлень може мати різні цілі, але в інформаційних мережах передачі даних існує послідовність використання того чи іншого методу кодування залежно від поставлених перед системою завдань та технічних вимог. Існують різні методології визначення, класифікації та опису процесів в інформаційних системах передачі і обробки сигналів (рис. 2.1).

Кодування в широкому значенні слова – це процес ототожнення переданих повідомлень з деяким набором символів фізичної природи (букви, цифри, графічні об’єкти, світло, колір і т. д.).

Рис. 2.1. Технологія кодування в інформаційно–телекомунікаційних системах

Кодування у вузькому значенні слова–ототожнення переданих повідомлень з набором букв або цифр. Кожне повідомлення надається у вигляді цифрового слова, або деякого числа (кодової комбінації).

Будь-яке кодування закінчується складанням кодової книги або кодової таблиці, в якій подані всі повідомлення та відповідні їм кодові слова чи кодові комбінації.

Код–правило, за яким записуються різні кодові слова або числа. Поняття коду є суто математичним. Будь-який код повинен задовольняти головну вимогу – однозначність відповідності між повідомленням і кодовим словом, інакше буде неможливо розшифрувати повідомлення на приймальній стороні. В інформаційно–телекомунікаційних системах кодові слова або кодові комбінації перетворяться на сигнали, передані по каналу зв’язку. При цьому кожному символу коду повинен відповідати свій, і лише свій елементарний сигнал.

Всі використовувані в інформаційно–телекомунікаційних системах коди можна умовно скарифікувати за наступними ознаками:

1. За кількістю використовуваних елементарних символів:

   • двійкові (кодові слова складаються з символів 0, 1);

   • трійкові (кодові слова складаються з символів 0, 1, 2);

   • K-ічні (кодові слова складаються з символів 0, 1,…, К);

2. За кількістю елементарних символів у кожному слові, або кодовій комбінації (за загальною кількістю символів):

   • рівномірні (блокові); у таких кодах усі кодові слова містять одну й ту ж постійну кількість елементів, тобто n = const;

   • нерівномірні; різні повідомлення в цих кодах кодуються словами різної довжини, тобто n = var;

3. За здатністю знаходити і/чи виправляти спотворення:

   • незавадостійкі (незавадозахисні, ненадмірні) – коди, що не можуть не тільки виправляти, але навіть знаходити спотворення;

   • завадостійкі (завадозахисні) – коди, здатні знаходити і/чи виправляти спотворення різних типів (надмірні коди);

4. За роздільністю інформаційних і надмірних елементів:

   • систематичні, в яких є чітке розрізнення між інформаційними і надмірними елементами; особливо зручні коди, в яких інформаційні елементи займають перші m позицій, а за ними слідують надмірні елементи на k позиціях;

   • несистематичні, в яких не можна розрізнити інформаційні і надмірні елементи.