2.2. Технологія кодування інформаційних об’єктів. Цифрове кодування

Кодування інформації  надання відомостей у певній стандартній формі. Одні й ті ж відомості можуть подаватися в декількох різних формах, і, навпаки, різні відомості можна подавати в схожій формі. Наприклад, можна використовувати словесний опис нової марки автомобіля, а можна представити його вигляд в декількох детальних фотографіях. Інший приклад  медичні довідки однієї форми мають однаковий зовнішній вигляд, але описують різні хвороби, оскільки видані різним людям.

З розвитком сучасних інформаційних технологій виникла необхідність кодування всіх видів інформації, з якою має справу і окрема людина і суспільство. Але вирішувати проблему − загалом кодування інформації люди почали задовго до того, що ми називаємо сучасними інформаційними технологіями: грандіозні досягнення людства − писемність і арифметика − не що інше, як системи кодування мови і числової інформації.

Кодування застосовується для заміни назви і деяких інших ознак об’єктів на умовне позначення (код) з метою забезпечення зручної та ефективної обробки інформації.

Технологія кодування  сукупність правил (порядок, послідовність) кодового позначення об’єктів.

Розрізняють такі види (системи) кодування: цифрове кодування інформаційних об’єктів (чисел, сигналів, тексту, зображень, акустичних сигналів тощо), завадостійке кодування повідомлень, кодування інформаційних символів на фізичному рівні, кодування дискретних повідомлень тощо.

1. Кодування аналогових сигналів

У сучасних інформаційно–телекомунікаційних системах джерелом інформації або повідомлення є деякий фізичний об’єкт, система або явище, що формують таке повідомлення.

Як правило, первинні повідомлення джерел інформації–акустичні сигнали (мова, музика), зображення, результати вимірювання параметрів навколишнього середовища і т. д. – є функціями часу , або інших аргументів неелектричної природи (акустичний тиск, температура, розподіл яскравості по площині тощо). З метою передачі по каналу зв’язку ці повідомлення зазвичай перетворюються в електричний сигнал , зміни якого в часі відображають передавану інформацію. Такі повідомлення називаються неперервними, або аналоговими повідомленнями (сигналами), і для них виконуються умови

Тобто, як значення функції, так і значення аргументу для таких повідомлень–неперервні або визначені для будь-якого значення неперервного інтервалу функції і часу .

Процес аналого-цифрового перетворення інформаційного сигналу джерела повідомлення в цифровий сигнал часто називають форматуванням джерела повідомлень. Тане перетворення ґрунтується на процедурах дискретизації і квантування сигналу та його подання у двійковій системі числення.

Розглянемо процес аналого-цифрового перетворення більш детально.

Таке перетворення ґрунтується на дискретизації неперервних процесів за амплітуді і за часом (рис. 2.2). Розглянемо їх принципи на прикладі імпульсно-кодової модуляції, (ІКМ, Pulse Amplіtude Modulatіon, РАМ), яка широко застосовується в цифровій (зокрема в мобільній) телефонії.

Рис. 2.2. Дискретна модуляція неперервного процесу

Значення вихідної неперервної функції виміряються із заданим періодом − за рахунок цього відбувається дискретизація за часом. Потім кожне вимірювання подається у виглді двійкового числа визначеної розрядності, що означає дискретизацію за значеннями функції − неперервна множина можливих значень амплітуди заміняється дискретною множиною її значень (сигнали типу 4 за попередньою лекцією).

Пристрій, що виконує подібну функцію, називається аналого-цифровим перетворювачем (АЦП).

Після цього вимірювання передаються каналами зв’язку у вигляді послідовності одиниць і нулів. При цьому застосовуються ті ж методи кодування, що й у випадку передачі споконвічно дискретної інформації, тобто, наприклад, методи, засновані на манчестерському чи іншому коді.

На приймальному боці коди перетворюються у вихідну послідовність біт, а спеціальна апаратура, яка називається цифро-аналоговим перетворювачем (ЦАП), робить демодуляцію оцифрованих амплітуд неперервного сигналу, відновлюючи вихідну неперервну функцію часу.

Дискретна модуляції ґрунтується на теорії відображення Котельникова (ми до неї повернемося трохи пізніше). Відповідно до цієї теорії, аналогова неперервна функція, передана у вигляді послідовності її дискретних за часом значень, може бути точно відновлена, якщо частота дискретизації була удвічі або більше вища, ніж частота найвищої гармоніки спектра вихідної функції.

Якщо ця умова не дотримується, то відновлена функція буде істотно відрізнятися від вихідної.