Запись и съем информации с ее носителя

В редких случаях информация от источника непосредствен­но передается получателю, т. е. источник сам переносит ее в про­странстве к месту расположения получателя или получатель всту­пает в непосредственный контакт с источником, например прони­кает в помещение, вскрывает сейф и забирает документ. В боль­шинстве случаев она переносится от источника к получателю про­межуточным носителем.

Материализация (запись) любой информации производится путем изменения параметров носителя. Механизм запоминания и воспроизведения информации человеком в настоящее время еще недостаточно изучен и нет однозначного и ясного представления о носителях информации в мозгу человека. Рассматривается хими­ческая и электрическая природа механизмов запоминания.

Запись информации на материальные тела производится пу­тем изменения их физической структуры и химического состава. На бумаге информация записывается путем окрашивания элемен­тов ее поверхности типографской краской, чернилами, пастой и другими красителями.

Записанная на материальном теле информация считывается при просмотре поверхности тела зрительным анализатором чело­века или автомата, обнаружении и распознавании ими знаков, сим­волов или конфигурации точек. Для людей, лишенных зрения, ин­формация записывается по методу Брайля путем изменения физи­ческой структуры бумаги выдавливанием соответствующих зна­ков (букв и цифр). Информация считывается не зрительным анали­затором, а тактильными рецепторами пальцев слепых людей.

Запись информации на носители в виде полей и электри­ческого тока осуществляется путем изменения их параметров. Непрерывное изменение параметров сигналов в соответствии со значениями первичного сигнала называется модуляцией, диск­ретное — манипуляцией. Первичным является сигнал от источ­ника информации. Модулируемое колебание называется несущим. Если меняются значения амплитуды аналогового сигнала, то моду­ляция называется амплитудная (AM), частоты — частотная (ЧМ), фазы — фазовая (ФМ). Максимальное изменение информационно­го параметра несущей относительно его номинального значения называется глубиной модуляции, а максимальное отклонение зна­чения информационного параметра несущей относительно макси­мального изменения информационного параметра модулирующего сигнала — индексом модуляции.

При модуляции дискретных сигналов в качестве признаков применяются также длительность импульса, частота его повторе­ния и др. С целью уплотнения информации на носителе и эконо­мии тем самым энергии носителя применяют сложные (с одновре­менным использованием различных параметров сигнала) виды мо­дуляции. Например, для радиовещания в УКВ-диапазоне (58-73, 87,5-108 МГц) используется частотная модуляция с максимальным изменением (девиацией) частоты 50 кГц. При максимальной час­тоте модулирующего сигнала 15 кГц индекс частотной модуляции составляет |3 =3,3, а глубина модуляции на частоте 100 МГц—

0,0005.

В соответствии с формулой Фурье изменение формы сигна­ла при модуляции приводит к изменению спектра модулирован­ного сигнала. Чем выше максимальная частота спектра моделиру­ющего сигнала F _м, тем шире спектр модулированного сигнала. Количественное значение увеличения ширины спектра этого сиг­нала зависит от вида модуляции, ширины спектра модулирующе­го (первичного) сигнала, глубины и индекса модуляции. Ширина спектра модулированного синусоидального сигнала составляет ве­личины [10]:

Ширина спектра широко применяемых модулированных сиг­налов составляет:

•телеграфных сигналов (CW) — около 1 кГц;

•АМ-узкополосных сигналов, используемых в радиовещании на длинных, средних и коротких волнах, -— 5-15 кГц;

•используемых для радиосвязи ЧМ-узкополосных (NFM) — 5-15 кГц;

•ЧМ-широкополосных (WFM) в УКВ радиовещании и при пере­даче звука в телевидении — 150-250 кГц.

Ширина спектра ЧМ-сигнала составляет 50-250 кГц вместо 7 кГц для AM речевого сигнала. Поэтому ЧМ-сигналы не приме­няют из-за «тесноты» в эфире в длинноволновом, средневолновом и даже коротковолновом диапазонах волн. ЧМ-вещание ведется в УКВ-диапазоне. Так как действие помех проявляется, прежде все­го, в изменении амплитуды сигнала, то ЧМ-сигналы обладают су­щественно большей помехоустойчивостью, чем АМ-сигналы. Это свойство ЧМ-сигналов обеспечивает высокое качество радиовеща­ния в УКВ-диапазоне. Спектры ФМ- и ЧМ-сигналов мало отлича­ются по ширине.

Выделение информации из модулированного электрического сигнала производится путем обратных преобразований — демоду­ляции его в детекторе (демодуляторе) приемника. При демодуля­ции выделенный и усиленный сигнал, наведенный электромагнит­ной волной в антенне, преобразуется таким образом, что сигнал на выходе детектора соответствует модулирующему сигналу пере­датчика. Демодуляция, как любая процедура распознавания, обес­печивается путем идентификации текущей признаковой структу­ры сигнала с эталонной структурой, заданной априори или полу­ченной в процессе его приема. Эталонная признаковая структура при ЧМ-модуляции определяется частотой настройки контура де­тектора. При демодуляции АМ-сигналов в качестве эталонной ам­плитуды используется усредненная амплитуда несущего колеба­ния на выходе детектора, относительно которой сравнивается те­кущее значение амплитуды принимаемого сигнала. Для демодуля­ции ФМ-сигнала необходимо знать значение фазы несущего коле­бания до его модуляции.

Из-за влияния помех модулирующие (при передаче) и демоду-лированные (при приеме) сигналы будут отличаться. В общем слу­чае любые преобразования сигнала с воздействием на его инфор­мационные параметры изменяют записанную в нем информацию. Степень изменения зависит от отношения сигнал/помеха на вхо­де демодулятора. При достаточно большом превышении мощнос­ти носителя над мощностью помех искажения информации столь незначительные, что количество и качество информации практи­чески не меняются.

Помехоустойчивость дискретных сигналов выше, чем анало­говых, так как, искажения дискретных сигналов возникают в тех случаях, когда изменения параметра сигнала превышают полови­ну величины интервала между соседними значениями параметра. Если изменения параметров помехами составляют менее полови­ны этого интервала, то при приеме такого сигнала можно восста­новить исходное значение параметра сигнала. Допустимые значе­ния отношения мощностей или амплитуд сигнала и помехи (отно­шения сигнал/помеха), при которых обеспечивается требуемое ка­чество принимаемой информации, определяются видом информа­ции и характером помех.

Для повышения достоверности передачи информации наря­ду с увеличением энергии носителя информации используют дру­гие методы защиты дискретной информации от помех, прежде все­го помехоустойчивое кодирование. При помехоустойчивом коди­ровании каждому элементу дискретной информации (букве, циф­ре, любому другому знаку) ставится в соответствие кодовая комби­нация, содержащая дополнительные (избыточные) двоичные сим­волы. Эти дополнительные символы позволяют обнаруживать ис­кажения и исправлять в зависимости от избыточности кода оши­бочные символы различной кратности. Существует большое коли­чество видов кодов, повышающих помехоустойчивость сообщений для различных условий среды распространения носителей. Однако следует иметь в виду, что платой за повышение помехоустойчивос­ти кодированных сигналов является уменьшение скорости переда­чи информации.

Любое сообщение в общем случае можно описать с помощью трех основных параметров: динамического диапазона D_c, ширины спектра частот AF. и длительности передачи Т.. Произведение этих трех параметров V. = D_cAF,T. называется объемом сигнала. В трехмерном пространстве объем сигнала можно представить в виде параллелепипеда (см. рис. 3.9).

Рис. 3.9. Графическое представление объема сигнала

Для обеспечения неискаженной передачи сообщения объемом V, необходимо, чтобы характеристики среды распространения и непосредственно приемника соответствовали ширине спектра и динамическому диапазону сигнала.

Если полоса частот среды распространения или приемника уже полосы сигнала, то для обеспечения безыскаженной передачи сигнала объемом V, уменьшают его ширину спектра. При этом для сохранения V. = const соответственно увеличивают время переда­чи Т.. Для безыскаженной передачи сообщения в реальном масш­табе времени полоса пропускания приемника должна соответство­вать ширине спектра сигнала.

Вопросы для самопроверки

1.Сущность признакового подхода к информации.

2.Что представляет собой язык признаков?

3.Чем первичные источники информации отличаются от вторичных?

4.Чем отличаются источники признаковой информации от источ­ников семантической информации?

5.Источником какого вида информации является компьютер?

6.Для чего создаются профессиональные языки? Отличия языковнационального общения от профессиональных.

6.Математическая интерпретация информативности признака.Отличия признаков аналоговых и дискретных сигналов.

7.Отличие ценности информации от ее цены. Составляющие цены информации.

10. Стареют ли исторические документы?

11. Почему нельзя объективно измерить количество информации? Чем измеряют количество информации?

12.Почему говорят, что если тайна известна более чем одному че­ловеку, она известна всем?

13.Первичные и вторичные носители информации. К какому носи­телю информации относится человек?

14.Почему телефонный аппарат нельзя рассматривать как источ­ник семантической информации? Какими качествами должен обладать источник семантической информации?

15.Чем отличаются прямые и косвенные источники информации?

16.Виды модуляции гармонического колебания.

17.Что надо знать для демодуляции сигнала?

.