30
времени, но при этом остается неизвестным по значению один
или несколько его параметров. К квазидетерминированным сигг
налам можно отнести постоянный сигнал, у которого не извесс
тен размер основного параметра (например, амплитуда), или
переменный сигнал (например синусоидальный сигнал с извесс
тной частотой, но неизвестной амплитудой и т. д.).
В данном случае неизвестный параметр квазидетерминии
рованного процесса обычно может иметь любые значения в весьь
ма широком диапазоне значений, изменяться по случайному
закону и являться случайной величиной, а значит, этот параа
метр может использоваться для переноса информация и назыы
вается информативным параметром сигнала.
Случайным называют сигнал, значение которого в каждый
момент времени является случайной величиной. В квазидетерр
минированном сигнале неизвестный по значению информативв
ный параметр может быть случайной величиной. В случайном
сигнале этой величиной является каждое мгновенное значение
параметра, поэтому в дальнейшем каждый информативный
параметр рассматривается как случайная величина.
По признаку прерывистости параметров сигнала во времее
ни или в пространстве сигналы подразделяются на непрерывв
ные и прерывные, или дискретизированные.
Непрерывным (или аналоговым) сигналом называют физии
ческий процесс, параметры которого непрерывны по размеру.
Большинство сигналов являются непрерывными (например,
акустические, световые, тепловые и пр.).
Прерывным (или дискретизированным, или дискретным)
называют сигнал, у которого размер хотя бы одного параметра
может быть отличен от нуля только в определенные моменты врее
мени или в определенных точках пространства. Примером дискк
ретизированного во времени сигнала может быть последовательь
ность импульсов электрического тока, а дискретизированного в
пространстве — совокупность электрических зарядов, располоо
женных в отдельных точках поверхности диэлектрика.
Информативными параметрами таких последовательносс
тей импульсов могут быть их амплитуда, частота, период поо
31
вторения, длительность. Одно из важнейших свойств такого сигг
нала заключается в том, что при соответствии каждого импульь
са некоторому одному объекту общее количество этих объектов
(информацию об исследуемом множестве объектов) можно опп
ределить путем счета количества импульсов за известный инн
тервал времени с помощью счетчика импульсов.
Сигналы по характеру изменения параметров могут быть
непрерывными или квантованными по размеру (или по уровв
ню). Зависимость непрерывной величины от времени или от проо
странства выражается функцией X (t).
Непрерывный по размеру сигнал может иметь в заданном диаа
пазоне бесконечно большое число размеров одного параметра.
Квантованным сигналом называется физический процесс,
параметр которого квантован по размеру. Квантованный по разз
меру сигнал может иметь в заданном диапазоне только огрании
ченное число размеров.
В зависимости от числа размеров, которые может иметь
основной параметр сигнала X, и характеристики изменения во
времени можно выделить следующие сигналы:
1. Сигнал непрерывный во времени и по размеру параметт
ра (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Вид непрерывного во времени и по размеру сигнала
2. Сигнал непрерывный во времени и квантованный по разз
меру параметра (рис. 1.3).
32
Рис. 1.3. Вид непрерывного во времени
и квантованного по размеру сигнала
3. Сигнал дискретизированный (или дискретный) во времее
ни с непрерывным по размеру параметром (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Вид дискретизированного во времени
и непрерывного по размеру сигнала
4. Сигнал дискретизированный (или дискретный) во времее
ни с квантованным по размеру параметром (рис. 1.5).
33
Рис. 1.5. Вид дискретизированного во времени
и квантованного по размеру сигнала
Сигнал, дискретизированный во времени (или дискретный)
и непрерывный по размеру, равен непрерывному (или аналогоо
вому) сигналу в точке отсчета. Дискретный сигнал может отоо
бражать любой аналоговый сигнал достаточно точно, если инн
тервал следования импульсов Δt=1/(2Fmaх), где Fmaх — максии
мальная частота аналогового сигнала. Так, для речевого сигнаа
ла, содержащего частоты не выше 4000 Гц, достаточно 8 тыс.
отсчетов в секунду, или 8 кГц. Телевизионный сигнал, имеющий
ширину спектра до 6 МГц, можно полностью представить как
12 млн отсчетов в секунду, или 12 МГц.
Сигнал, дискретизированный во времени и квантованный
по размеру, может отображать любой аналоговый сигнал, даже
при условии дискретизации по времени импульсов Δt≤1/(2Fmaх), с погрешностью, равной уровню квантования размера. Следоо
вательно, погрешность замены амплитуды сигнала дискретным
уровнем можно сделать незначительной, значительно увеличив
число уровней квантования.
Ставя в соответствие каждому уровню квантования кодии
рованный сигнал, можно осуществить тем самым преобразоваа
34
ние, или кодирование1 аналогового сигнала в цифровой, или
кодированный сигнал.
В этом случае кодирование можно определить как предд
ставление по определенным правилам дискретных сообщений
в некоторые комбинации, составленные из определенного чисс
ла элементов — символов. Эти элементы называются элеменн
тами кода, а число различных элементов, из которых слагаются
комбинации, — основанием кода. Например, если комбинации
составляются из различных сочетаний только двух элементов
0 и 1, то это код с основанием два, или двоичный код. Правило
кодирования обычно выражается кодовой таблицей, в которой
каждому символу сообщения ставится в соответствие опредее
ленная кодовая комбинация.
Передача аналоговых сигналов с помощью кодирования в
реальном масштабе времени связана с расширением спектра
частот. Так, для передачи речи с полосой 4 кГц при частоте выы
борок 8 кГц и 128 уровнях квантования (77разрядный двоичный
код плюс один служебный разряд) необходима скорость перее
дачи 64 кбит/с, что соответствует расширению спектра перее
даваемого сигнала примерно в 10 раз по сравнению с обычной
шириной.
Если сигналы цветного телевидения кодировать 100элеменн
тными кодовыми комбинациями, потребуется скорость передаа
чи примерно 100 Мбит/с.
Именно двоичный код стал популярным в настоящее врее
мя в связи с бурным развитием вычислительной техники, резз
ким повышением скорости обработки данных и с увеличением
объема памяти средств накопления и хранения данных. Прии
1 Кодирование — в широком смысле сопоставление алфавитов.
Код (от лат. сodex) — правило сопоставления алфавита;
— универсальный способ отображения информаа
ции при ее хранении, передаче и обработке в виде системы соответствий
между элементами сообщений и сигналами, при помощи которых эти элее
менты можно зафиксировать;
— обозначение объекта знаком или группой знаа
ков по правилам, установленным системой кодирования.
35
чем все это происходит на уровне малого и ничтожно малого
потребления энергии. Разработаны также энергонезависимые
устройства накопления и хранения данных.
Одним из основных достоинств передачи информации в
цифровой форме является возможность использования кодии
рованных сигналов и оптимального в заданных условиях спосоо
ба их приема.
Важно, что при цифровой передаче все типы сигналов, таа
кие как речь, музыка, телевидение, данные, могут объединятьь
ся в один общий поток информации, передача которого форр
мализована. Кроме того, уплотнение при одновременном исс