- •Основные понятия и определения информатика.
- •Информационные процессы и системы.
- •Информационные ресурсы и технологии.
- •История развития информатики.
- •Меры информации синтаксического уровня.
- •Меры информации семантического уровня.
- •Меры информации прагматического уровня.
- •Качество информации.
- •Позиционные с/с и методы перевода чисел.
- •3.4.3. Арифметические действия над нормализованными числами
- •Представление графической информации.
- •Обработка аналоговой и цифровой информации.
- •Классификация компьютерных средств обработки информации.
- •Классификация программного обеспечения.
- •Сервисное по включает:
- •Кодирование и квантование сигналов.
- •Принцип программного управления эвм.
- •Функциональная и структурная организация пк.
- •Структуры данных.
- •Файлы данных, файловые структуры.
- •Носители информации и технические средства хранения данных.
- •Виды и характеристики носителей и сигналов.
- •Помехоустойчивое кодирование.
-
Кодирование и квантование сигналов.
При использовании ЭВМ для обработки информации от различных устройств (объектов, процессов), в которых информация представлена непрерывными (аналоговыми) сигналами, требуется преобразовать аналоговый сигнал в цифровой — в число, пропорциональное амплитуде этого сигнала, и наоборот. В общем случае процедура аналого-цифрового преобразования состоит из трех этапов:
дискретизации;
квантования по уровню;
кодирования.
Под дискретизацией понимают преобразование функции непрерывного времени в функцию дискретного времени, а сам процесс дискретизации состоит в замене непрерывной функции её отдельными значениями в фиксированные моменты времени.
Дискретизация может быть равномерной и неравномерной. При неравномерной дискретизации длительность интервалов между отсчетами различна. Наиболее часто применяется равномерная дискретизации, при которой длительность интервала между отсчетами ТД, постоянна. Период дискретизации ТД непрерывного сигнала и(t) (рис. 1 а) выбирается в соответствии с теоремой Котельникова:
где Fв - высшая частота в спектре частот сигнала и(t) (рис. 4.1 б)
Рис. 4.1. Процесс аналого-цифрового преобразования
Под квантованием понимают преобразование некоторой величины с непрерывной шкалой значений в величину, имеющую дискретную шкалу значений.
Для этого весь диапазон значений сигнала и(t), называемый шкалой делится на равные части – кванты, h – шаг квантования. Процесс квантования сводится к замене любого мгновенного значения одним из конечного множества разрешенных значений, называемых уровнями квантования.
Вид сигнала и(t) в результате совместного проведения операций дискретизации и квантования представлен на рис. 4.1 в). Дискретизированное значение сигнала и(t), находящееся между двумя уровнями квантования, отождествляется с ближайшим уровнем квантования. Это приводит к ошибкам квантования, которые всегда меньше шага квантования (кванта), т. е. чем меньше шаг квантования, тем меньше погрешность квантования, но больше уровней квантования.
Число уровней квантования на рис. 1 в) равно восьми. Обычно их значительно больше. Можно провести нумерацию уровней и выразить их в двоичной системе счисления. Для восьми уровней достаточно трех двоичных разрядов. Количество таких разрядов называют глубиной кодирования. Каждое дискретное значение сигнала представляется в этом случае двоичным кодом (табл. 4.1) в виде последовательности сигналов двух уровней.
Таблица 4.1
Значение уровня |
Двоичное представление значения уровня (импульсы старших разрядов справа) |
6 |
011 |
5 |
101 |
4 |
001 |
5 |
101 |
6 |
011 |
7 |
111 |
Наличие или отсутствие импульса на определенном месте интерпретируется единицей или нолем в соответствующем разряде двоичного числа. Цифровая форма представления сигнала и(t) показана на рис. 4.1 г). Импульсы старших разрядов расположены крайними справа.
Таким образом, в результате дискретизации, квантования и кодирования аналогового сигнала получаем последовательность n-разрядных кодовых комбинаций, которые следуют с периодом дискретизации Тл. При этом рациональное выполнение операций дискретизации и квантования приводит к значительному экономическому эффекту как за счет снижения затрат на хранение и обработку получаемой информации, так и вследствие сокращения времени обработки информации.
На практике преобразование аналогового сигнала в цифровую форму осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Для решения обратной задачи преобразования числа в пропорциональную аналоговую величину, представленную в виде электрического напряжения, тока и т. п., служит цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). В ЦАП каждая двоичная кодовая комбинация преобразуется в аналоговый сигнал, и на выходе создается последовательность модулированных по амплитуде импульсов с периодом Тл.