2. Информационные сигналы. Аналоговые сигналы. Дискретные сигналы.

Сигнал информационный -  физический процесс, имеющий для человека или технического устройства информационноезначение. Он может быть непрерывным (аналоговым) или дискретным

Термин “ «сигнал» очень часто отождествляют с понятиями “данные” (data) и “информация” (information). Действительно, эти понятия взаимосвязаны и не существуют одно без другого, но относятся к разным категориям.

 Сигнал  -  это   информационная  функция, несущая сообщение о физических свойствах, состоянии или поведении какой-либо физической системы, объекта или среды, а целью обработки  сигналов  можно считать извлечение определенных информационных сведений, которые отображены в этих  сигналах  (кратко - полезная или целевая информация) и преобразование этих сведений в форму, удобную для восприятия и дальнейшего использования.

Передается информация в виде сигналов. Сигнал есть физический процесс, несущий в себе информацию. Сигнал может быть звуковым, световым, в виде почтового отправления и др

Сигнал является материальным носителем информации, которая передается от источника к потребителю. Он может быть дискретным и непрерывным (аналоговым)

Аналоговый   сигнал  -  сигнал  данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.

 Аналоговые   сигналы  описываются непрерывными функциями времени, поэтому  аналоговый   сигнал  иногда называют непрерывным   сигналом .   Аналоговым   сигналам противопоставляются  дискретные  (квантованные, цифровые).

Примеры непрерывных пространств и соответствующих физических величин: (прямая: электрическое напряжение; окружность: положение ротора, колеса, шестерни, стрелки  аналоговых  часов, или фаза несущего  сигнала; отрезок: положение поршня, рычага управления, жидкостного термометра или электрический  сигнал , ограниченный по амплитуде различные многомерные пространства: цвет, квадратурно-модулированный  сигнал .)

Свойства  аналоговых   сигналов  в значительной мере являются противоположностью свойств квантованных или цифровых  сигналов .

Отсутствие чётко отличимых друг от друга   дискретных   уровней   сигнала   приводит к невозможности применить для его описания понятие информации в том виде, как она понимается в цифровых технологиях. Содержащееся в одном отсчёте "количество информации" будет ограничено лишь динамическим диапазоном средства измерения.

Отсутствие избыточности. Из непрерывности пространства значений следует, что любая помеха, внесенная в  сигнал , неотличима от самого  сигнала  и, следовательно, исходная амплитуда не может быть восстановлена. В действительности фильтрация возможна, например, частотными методами, если известна какая-либо дополнительная информация о свойствах этого  сигнала  (в частности, полоса частот).

Применение:

 Аналоговые   сигналы  часто используют для представления непрерывно изменяющихся физических величин. Например,  аналоговый  электрический  сигнал , снимаемый с термопары, несет информацию об изменении температуры,  сигнал  с микрофона - о быстрых изменениях давления в звуковой волне, и т.п.

Дискретный сигнал слагается из счетного множества (т.е. такого множества, элементы которого можно пересчитать) элементов (говорят – информационных элементов). Например, дискретным является сигнал “кирпич”. Он состоит из следующих двух элементов (это синтаксическая характеристика данного сигнала): красного круга и белого прямоугольника внутри круга, расположенного горизонтально по центру. Именно в виде дискретного сигнала представлена та информация, которую сейчас осваивает читатель. Можно выделить следующие ее элементы: разделы (например, “Информация”),  подразделы (например, “Свойства”), абзацы, предложения, отдельные фразы, слова и отдельные знаки (буквы, цифры, знаки препинания и т.д.). Этот пример показывает, что в зависимости от прагматики сигнала можно выделять разные информационные элементы. В самом деле, для лица, изучающего информатику по данному тексту, важны более крупные информационные элементы, такие как разделы, подразделы, отдельные абзацы. Они позволяют ему легче ориентироваться в структуре материала, лучше его усваивать и готовиться к экзамену. Для того, кто готовил данный методический материал, помимо указанных информационных элементов, важны также и более мелкие, например, отдельные предложения, с помощью которых излагается та или иная мысль и которые реализуют тот или иной способ доступности материала. Набор самых “мелких” элементов дискретного сигнала называется алфавитом, а сам дискретный сигнал называют также сообщением.

Дискретизация – это преобразование непрерывного сигнала в дискретный (цифровой).

Разница между дискретным и непрерывным представлением информации хорошо видна на примере часов. В электронных часах с цифровым циферблатом информация представляется дискретно – цифрами, каждая из которых четко отличается друг от друга. В механических часах со стрелочным циферблатом информация представляется непрерывно – положениями двух стрелок, причем два разных положения стрелки не всегда четко отличимы (особенно если на циферблате нет минутных делений).

Непрерывный сигнал – отражается некоторой физической величиной, изменяющейся в заданном интервале времени, например, тембром или силой звука. В виде непрерывного сигнала представлена настоящая информация для тех студентов – потребителей, которые посещают лекции по информатике и через звуковые волны (иначе говоря, голос лектора), носящие непрерывный характер, воспринимают материал.

Как мы увидим в дальнейшем, дискретный сигнал лучше поддается преобразованиям, поэтому имеет преимущества перед непрерывным. В то же время, в технических системах и в реальных процессах преобладает непрерывный сигнал. Это вынуждает разрабатывать способы преобразования непрерывного сигнала в дискретный.\

Для преобразования непрерывного сигнала в дискретный используется процедура, которая называется квантованием.

Цифровой  сигнал  -  сигнал  данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией  дискретного  времени и конечным множеством возможных значений.

 Дискретный  цифровой  сигнал  сложнее передавать на большие расстояния, чем  аналоговый   сигнал , поэтому его предварительно модулируют на стороне передатчика, и демодулируют на стороне приёмника информации. Использование в цифровых системах алгоритмов проверки и восстановления цифровой информации позволяет существенно увеличить надёжность передачи информации.

Замечание. Следует иметь в виду, что реальный цифровой  сигнал  по своей физической природе является  аналоговым . Из-за шумов и изменения параметров линий передачи он имеет флуктуации по амплитуде, фазе/частоте (джиттер), поляризации. Но этот  аналоговый   сигнал  (импульсный и  дискретный ) наделяется свойствами числа. В результате для его обработки становится возможным использование численных методов (компьютерная обработка).