Цифрове представлення інформації

Поштовхом до представлення неперервних (аналогових) сигналів у цифровій формі послужила необхідність засекречування мовних сигналів під час другої світової війни. Ще більшим стимулом до цифрового перетворення аналогових сигналів було створення комп'ютера, який можна використовувати в якості кінцевого пристрою системи передачі цифрової інформації, доручаючи йому виконання логічних операцій по прийому та обробці сигналів.

В даний час у цифровій формі можна передавати будь-який вид інформації, забезпечуючи необхідну надійність при значній швидкості передачі. Сильним поштовхом у розвитку цифрових систем передачі інформації послужило створення інформаційно-обчислювальних мереж і наявність технологічної бази для виробництва високошвидкісних перемикачів, широкосмугових модемів, мультиплексорів, підсилювачів та інших пристроїв.

У аналізованому нами конкретному випадку кодування є представлення за визначеними правилами дискретних повідомлень у деякі комбінації, складені з визначеного числа елементів-символів. Ці елементи називаються елементами коду, а число різноманітних елементів, із яких складаються комбінації, основою коду. Елементи коду утворюють кодові комбінації. Наприклад, якщо ми складаємо комбінації з різноманітних сполучень (0 і 1), то це - код із основою два або двійковий код. Якщо усі комбінації мають однакове число знаків, код називається рівномірним. Широко відомий код Морзе - нерівномірний код. Правило кодування звичайно виражається кодовою таблицею, у якій кожному символу повідомлення ставиться у відповідність визначена кодова комбінація.

Кодове представлення дискретних значень сигналу здійснюється за допомогою цифр, але не обов'язково десяткових. Нагадаємо, що в десятковій системі, називаючи число, ми вказуємо, скільки одиниць від нуля до дев'яти є в розряді одиниць, у розряді десятків, сотень, тисяч і т.д. Те ж відбувається в будь-який іншій системі числення з іншою основою. У десятковій системі користуємося десятьма цифрами: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. У двійковій системі числення в нашому розпорядженні тільки дві цифри: 0 та 1. Тому десяткова цифра 23, наприклад, у двійковій системі буде виглядати так:

1 х 2 ⁴ + 0 х 2 ³ + 1 х 2 ² +1 х 2 ¹ + 1 х 2 ⁰ =23,

і це число запишеться в послідовності розрядів як 10111.

На мал.12 показаний процес цифрового представлення інформації квантуванням по а). частоті і б). амплітуді.

Двійкова система числення широко використовується в обчислювальній техніці та зв'язку внаслідок використання електричних і електронних приладів із двома елементами стану (реле в замкнутому або розімкнутому стані, магнітний матеріал намагнічений або розмагнічений, два можливих стани тригера). Дуже зручним із погляду створення і розпізнавання є сигнал, що має два стани: “так” або “ні”, (1 або 0).

Отже, однією з головних переваг передачі інформації в цифровій формі є можливість використання кодованих сигналів і оптимального в заданих умовах способу їхнього прийому. Важливо, що при цифровій передачі усі типи сигналів, такі як мова, музика, телебачення, дані, можуть об'єднуватися в один загальний потік інформації, передача якого формалізована. Крім того, ущільнення при одночасному використанні комп'ютера дозволяє ефективніше використовувати спектр і час, захистити канал від несанкціонованого доступу, об'єднати в єдиний процес передачу цифрової інформації і цифрової комутації каналів та повідомлень.

Мал. 12. Представлення аналогового сигналу у вигляді дискретних відліків (вибірок)

Звичайно, за деякі переваги цифрових видів передачі необхідно сплачувати, зокрема, більшою шириною спектра сигналу, що випромінюється, наявністю міжсимвольних перешкод, необхідністю синхронізації систем передачі та інше. Темпи впровадження цифрової техніки говорять про те, що усі ці труднощі можливо подолати.