Система сбора и обработки информации

Аналоговое и цифровое представление информации. Понятие, классификация и характеристика методов сжатия данных: алгоритмы одно- и двухпараметрической адаптации, линейной экстра- и интерполяции. Кодирование информации и вычисление циклического кода.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

Введение

1. Классификация информационных систем

2. Аналоговое и цифровое представление информации

2.1 Аналоговый сигнал

2.2 Дискретный сигнал

2.3 Цифровой сигнал

2.4 Аналогово-цифровое преобразование

3. Сжатие данных

3.1 Понятие сжатия данных

3.2 Классификация методов сжатия

3.2.1 Характеристики методов сжатия

3.3 Однопараметрические алгоритмы

3.3.1 Алгоритм линейной экстраполяции

3.3.2 Алгоритм линейной интерполяции

3.4 Алгоритмы двухпараметрической адаптации

4. Кодирование информации

4.1 Вычисление циклического кода

5. Анализ технического задания

Заключение

Список используемой литературы

Введение

На сегодняшний день, каналы передачи информации столь загружены, что приходиться применять системы сжатия, которые, уменьшая процент избыточной информации в коде, позволяют снизить нагрузку на линию. Многоканальные системы сжатия информации, характеризуются очень большой степенью сжатия информации, а также количеством параметров, разнообразных по своим физическим и статистическим характеристикам. Также можно отметить, что современные методы сжатия, использующие новые многопараметрические алгоритмы адаптации превосходят по своим характеристикам традиционные методы сжатия и существует тенденция к увеличению степени сжатия информации. Применение двухпараметрической и более алгоритмов адаптации позволяет увеличить степень сжатия информации, но повышает временные, технические и экономические затраты на операцию.

Также одной из важных задач при построении информационных систем является задача построения системы сбора и передачи информации, которая предназначена для сбора информации поступающей с датчиков и кодирование её в помехоустойчивый код перед передачей в канал связи. Задача осложняется правильным выбором помехоустойчивого кода, при котором неизбежно появление избыточной информации. Кроме того помехоустойчивый код должен обеспечивать достаточную вероятность правильного приёма информации.

1. Классификация информационных систем

Информационные системы можно классифицировать по различным признакам, причем каждую классификацию следует рассматривать как условную, т.к. каждая система в различные моменты времени, при различных условиях может быть отнесена как к одному виду так и к другому.

На рисунке 1.1. приведена классификация по 6 различным признакам.

Рис. 1 Классификация систем

Стационарными называются системы, характеристики которых не изменяются в течение определенного промежутка времени. Стационарным можно считать практически любой процесс (в определенный промежуток времени).

Открытыми считаются системы, взаимодействующие с окружающей средой (живые организмы, технические системы).

Стабильными называются системы, функции и свойства которых существенно не изменяются или изменяются в форме постоянно повторяющихся циклов под воздействием некоторых внешних факторов.

Системы, способные приспосабливаться ко внешней среде называются адаптивными.

Постоянными считаются системы, время жизни которых больше времени жизни человека, либо времени измерения.

Искусственными называются системы, возникшие в результате действий человека.

2. Аналоговое и цифровое представление информации

2.1 Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал - это непрерывный электрический сигнал напряжения, представляющий физический процесс (являющийся его аналогом), подобный свету, звуку или любой другой переменной. По своей природе многие сигналы являются непрерывными, это объясняется тем, что источники сообщений выдают информацию непрерывно, в любые моменты времени. Хотя аналоговый процесс более легок в понимании, он имеет много ограничений:

ь Шум и помехи - все электронные цепи и устройства производят некоторое количество случайного шума. Кроме того, существуют также внешние электромагнитные помехи. Так как аналоговый сигнал является непрерывной функцией, шум и помехи становятся частью сигнала и не могут быть полностью устранены.

ь Искажения - аналоговый сигнал зависит от пропорциональности между физическим процессом и соответствующим ему электрическим напряжением. Большинство аналоговых цепей является нелинейными, а это означает, что выходной сигнал полностью не соответствует входному. Обычно это положение нельзя полностью откорректировать. Кроме того, в большой системе эти искажения накапливаются. Во всех аналоговых цепях в результате влияния внешних факторов, подобно температурным изменениям, происходят небольшие изменения уровня сигнала. Они не могут быть исправлены, поскольку неотделимы от самих сигналов.

Аналоговое представление данных широко распространено в информационно-измерительных системах. В основном оно используется на этапе получения измерительной информации.

2.2 Дискретный сигнал

Дискретные сигналы естественно возникают в тех случаях, когда источник сообщений выдает информацию в фиксированные моменты времени. Например, устройство измерения температуры, связанное со световым табло, посылает сигнал на это табло в определенные промежутки времени. В других промежутках на табло высвечиваются другие параметры. Здесь ярко проявляется характер дискретного сигнала: в паузах нет никаких сведений об изменении информативного параметра. Таким образом, мы имеем дело не с непрерывным изменением параметра, а лишь с его значениями, отсчитанными через определенные промежутки времени. Подобный процесс называется дискретизацией непрерывного сигнала. Свойство дискретного сигнала - существовать лишь в определенные промежутки времени - позволяет организовать передачу по одной и той же линии (радиоканалу, паре проводов, оптическому волокну) сообщений от нескольких различных источников. Примером этого служит упомянутая выше передача на городское световое табло сведений от датчиков температуры. Особой разновидностью дискретных сигналов являются цифровые сигналы.

2.3 Цифровой сигнал

Цифровой сигнал - это последовательность импульсов. Если принять условно факт наличия импульса за 1, а факт его отсутствия за 0, то импульсную последовательность можно представить как чередование двух цифр: 0 и 1. Число, которое принимает только значение 0 и 1 называется "двоичной цифрой". Отсюда появился термин "цифровой сигнал".

Очевидно, что любое значение дискретного сигнала легко перевести в двоичное число. Поэтому цифровой сигнал можно рассматривать как закодированный двоичным кодом дискретный сигнал.

Цифровая система является более сложной, но она имеет много преимуществ по сравнению с аналоговой системой:

ь Точное представление - после того, как аналоговый сигнал преобразован в цифровой сигнал, его параметры можно поддерживать неизменными в пределах всей системы независимо от ее размеров (кроме случая, когда используется сжатие). Это происходит вследствие невосприимчивости цифровой системы к внешнему шуму и помехам.

ь Передача сигналов без потери информации - все системы передачи сигнала главным образом являются аналоговыми и имеют свойственные им проблемы шума и искажений. Однако для цифровых сигналов можно организовать защиту от ошибок, позволяя передавать цифровые сигналы без искажений.

ь Сложность процесса - в аналоговой системе для каждого шага сложного процесса обработки сигнала обычно требуется отдельная схема. В цифровой системе один центральный процессор может быть запрограммирован так, что используя соответствующее программное обеспечение он может выполнять различные шаги. Это позволяет цифровой системе обрабатывать намного больше процессов.

ь Низкая стоимость - стоимость производства интегральных схем для цифровых систем намного ниже, чем для аналоговых систем.

ь Память - хранение в цифровом виде было одним из первых применений цифровых сигналов. Цифровые сигналы могут быть запомнены в памяти с быстрым поиском. Эта память также делает возможным отображение сигналов в различных форматах, независимо от формата поступающего сигнала. Возможно отображение сигналов с различной разрешающей способностью.

2.4 Аналогово-цифровое преобразование

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) - электронное устройство, обеспечивающее преобразование аналогового сигнала в последовательность цифровых кодов. АЦП используются для ввода аналоговой информации в цифровые ИС или цифровое управляющее устройство. В большинстве случаев АЦП выполняют преобразование входного напряжения или тока в двоичный цифровой код. Преобразование аналогового сигнала происходит в определенные моменты времени, которые называются точками отсчета. Количество отсчётов за единицу времени определяет частоту дискретизации (преобразования), которая, в свою очередь, определяется быстродействием и условиями использования АЦП. В измерительной технике для преобразования медленно меняющихся процессов частота преобразования может быть установлена небольшой - единицы Герц и менее. В устройствах, где требуется преобразовывать сигналы в масштабе реального времени, частота преобразования выбирается из условия достижения м...