Различают три основных способа передачи информации; каждый из них используется в клетке для различных целей (смотрите рисунки ниже).

Передача генетической информации состоит из дупликации (слева), транскрипции (справа) и трансляции (смотрите рисунки ниже). Генетическая информация записана в гигантских цепях молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Кодирующими «буквами» служат четыре основания: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Обычная ДНК состоит из двух комплементарных цепей, в которых А образует пару с Т, а Г - с Ц. Во время дупликации на каждой из родительских цепей с помощью неизвестного механизма синтезируется новая комплементарная цепь ДНК. При транскрипции матрицей служит только одна цепь ДНК, на которой образуется молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК). В молекуле РНК вместо аденина стоит не тимин, а урацил (У). Молекулы РНК делятся на «переводимые» (информационные) и «непереводимые».

Процесс трансляции заключается в переводе генетической информации с четырехбуквенного «языка» нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) на двадцатибуквенный «язык» белков. «Буквами» белкового «языка» служат 20 аминокислот, которые соединяются в белковые цепи. Код ДНК «переписывается» в структуру информационной РНК, которая связывается с одной или несколькими частицами, так называемыми рибосомами, где и протекает белковый синтез. Рибосомы состоят из белка и двух видов не информационной РНК (16 S-PHK и 23 S-PHK). Существует еще растворимая, или транспортная, РНК; ее функция - перенос аминокислот к месту белкового синтеза. По-видимому, каждую аминокислоту кодирует в информационной РНК группа из трех оснований. Согласно общепринятой гипотезе, кодирующую группу «узнает» комплементарный набор оснований в транспортной РНК. Рибосомы служат, очевидно, своего рода зажимным приспособлением для достраивания аминокислот к растущей белковой цепи по мере продергивания «ленты» информационной РНК.

Первый способ - дупликация, или удвоение, то есть образование точных копий молекулы ДНК для передачи следующему поколению клеток. В процессе копирования «язык» и «алфавит» остаются неизменными.

Второй способ - транскрипция, или переписывание,- использует тот же язык, но слегка измененный алфавит. На этой стадии молекула ДНК «переписывается» в молекулу рибонуклеиновой кислоты (РНК); ее цепи построены, подобно цепям ДНК, из четырех кодирующих единиц. Три из них (А, Г и Ц) те же, что и в ДНК, но вместо четвертой - тимина (Т) - стоит урацил (У). Одна определенная разновидность РНК несет всю необходимую программу для белкового синтеза. Эту РНК нередко называют «РНК-посредником», но я предпочитаю термины «переводимая», или «информационная», РНК: информацию можно перевести, а «посредника» нельзя.

Третий способ передачи информации, справедливо названный трансляцией, или переводом, заключается в переводе с языка информационной РНК (четырехбуквенный алфавит) на язык белков (двадцатибуквенный алфавит). Всякий перевод требует словаря; в клетке тоже есть свой словарь. Он состоит из набора сравнительно небольших молекул так называемых транспортных (или растворимых) РНК; их задача сводится к переносу специфических аминокислот к месту белкового синтеза. Соединение каждой аминокислоты с молекулой транспортной РНК катализируется специфическим активирующим ферментом.

«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка

Процесс передачи генетической информации определяется так называемой центральной догмой молекулярной биологии: ДНК-РНК-белок. Согласно современным представлениям, путь от гена к белку является весьма сложным и распадается не несколько самостоятельных этапов.

На первом этапе происходит «переписывание » нуклеотидной последовательности гена путем синтеза комплементарной ему молекулы РНК (транскрипция). Транскрипция направляется ферментом РНК-полимераной и ведет к образованию в ядре клетки молекул первичного РНК-транскрипта (преРНК). Молекула преРНК представляет собой точный слепок ДНК-матрицы транскрибируемого гена. Синтезированная преРНК проходит стадию созревания (процессинг): эта стадия включает в себя как модификацию концевых участков цепи (способствующую стабилизации молекулы), так и удаление из первичного РНК-транскрипта некодирующих участков-нитронов.

Процесс «вырезания » интронов, который носит название сплайсинг, является важнейшим звеном созревания преРНК и приводит к тому, что в составе РНК остаются лишь последовательно «сшитые» друг с другом смысловые участки, комплементарные экзонам гена. Ключевую сигнальную роль в осуществлении сплайсинга играют определенные нуклеотидные последовательности, фланкирующие каждый из экзонов (так называемые сайты сплайсинга); при локализации мутаций в сайтах сплайсинга может происходить нарушение интимных механизмов удаления интронов из состава преРНК и как результат - синтез аномального по структуре пептида. Образующаяся после вырезания интронов зрелая РНК носит название информационной, или матричной (мРНК); по своей длине мРНК во много раз короче самого транскрибируемого гена и его первичного РНК-транскрипта.

Следующий этап передачи генетической информации происходит в цитоплазме. Он заключается в сбор ке на рибосомах молекул белка по матрице мРНК (процесс трансляции). Аминокислоты транспортируются к рибосомам особым классом молекул - транспортными РНК (тРНК). Каждая тРНК отвечает за транспортировку строго определенной аминокислоты, причем эта специфичность определяется наличием в составе тРНК уникальной 3-нуклеотидной последовательности, называемой антикодоном. По мере продвижения рибосомы вдоль молекулы мРНК антикодоны различных тРНК, несущих «свою» аминокислоту, последовательно распознаются комплементарными им кодонами мРНК. В результате этого происходит последовательное присоединение «нужных» аминокислот к растущей полипептидной цепи. Процесс трансляции инициируется триплетом AUG, кодирующим аминокислоту метионин.

Таким образом, метиониновый кодон в составе РНК открывает рамку считывания генетической информации; как было указано, это считывание происходит в соответствии с правилом «один триплет - одна аминокислота». Сигналом окончания трансляции служит один из трех особых кодонов (UAA, UAG или UGA), получивших название стоп-кодоны (нонсенс-кодоны); распознавание стоп-кодона на рибосоме прекращает синтез полипептидной цепи.

По окончании трансляции первичная полипептидная молекула претерпевает определенные посттрансляционные модификации, превращаясь в функционально зрелый продукт. «Дозревание» белка происходит, как правило, в соответствующих органеллах клетки.

Передача информации происходит от источника к получателю (приемнику) информации. Источником информации может быть все, что угодно: любой объект или явление живой или неживой природы. Процесс передачи информации протекает в некоторой материальной среде, разделяющей источника и получателя информации, которая называется каналом передачи информации. Информация передается через канал в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков, которые называются сообщением . Получатель информации - это объект, принимающий сообщение, в результате чего происходят определенные изменения его состояния. Все сказанное выше схематически изображено на рисунке.

Передача информации

Человек получает информацию от всего, что его окружает, посредством органов чувств: слуха, зрения, обоняния, осязания, вкуса. Наибольший объем информации человек получает через слух и зрение. На слух воспринимаются звуковые сообщения - акустические сигналы в сплошной среде (чаще всего - в воздухе). Зрение воспринимает световые сигналы, переносящие изображение объектов.

Не всякое сообщение информативно для человека. Например, сообщение на непонятном языке хотя и передается человеку, но не содержит для него информации и не может вызвать адекватных изменений его состояния.

Информационный канал может иметь либо естественную природу (атмосферный воздух, через который переносятся звуковые волны, солнечный свет, отраженный от наблюдаемых объектов), либо быть искусственно созданным. В последнем случае речь идет о технических средствах связи.

Технические системы передачи информации

Первым техническим средством передачи информации на расстояние стал телеграф, изобретенный в 1837 году американцем Сэмюэлем Морзе. В 1876 году американец А.Белл изобретает телефон. На основании открытия немецким физиком Генрихом Герцем электромагнитных волн (1886 г.), А.С. Поповым в России в 1895 году и почти одновременно с ним в 1896 году Г.Маркони в Италии, было изобретено радио. Телевидение и Интернет появились в ХХ веке.

Все перечисленные технические способы информационной связи основаны на передаче на расстояние физического (электрического или электромагнитного) сигнала и подчиняются некоторым общим законам. Исследованием этих законов занимается теория связи , возникшая в 1920-х годах. Математический аппарат теории связи - математическую теорию связи , разработал американский ученый Клод Шеннон.

Клод Элвуд Шеннон (1916–2001), США

Клодом Шенноном была предложена модель процесса передачи информации по техническим каналам связи, представленная схемой.

Техническая система передачи информации

Под кодированием здесь понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи. Декодирование - обратное преобразование сигнальной последовательности .

Работу такой схемы можно пояснить на знакомом всем процессе разговора по телефону. Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством - микрофон телефонной трубки, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Каналом связи является телефонная сеть (провода, коммутаторы телефонных узлов, через которые проходит сигнал). Декодирующим устройством является телефонная трубка (наушник) слушающего человека - приемника информации. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.

Современные компьютерные системы передачи информации - компьютерные сети, работают по тому же принципу. Есть процесс кодирования, преобразующий двоичный компьютерный код в физический сигнал того типа, который передается по каналу связи. Декодирование заключается в обратном преобразовании передаваемого сигнала в компьютерный код. Например, при использовании телефонных линий в компьютерных сетях функции кодирования-декодирования выполняет прибор, который называется модемом.

Пропускная способность канала и скорость передачи информации

Разработчикам технических систем передачи информации приходится решать две взаимосвязанные задачи: как обеспечить наибольшую скорость передачи информации и как уменьшить потери информации при передаче. Клод Шеннон был первым ученым, взявшимся за решение этих задач и создавшим новую для того времени науку - теорию информации .

К.Шеннон определил способ измерения количества информации, передаваемой по каналам связи. Им было введено понятие пропускной способности канала , как максимально возможной скорости передачи информации. Эта скорость измеряется в битах в секунду (а также килобитах в секунду, мегабитах в секунду).

Пропускная способность канала связи зависит от его технической реализации. Например, в компьютерных сетях используются следующие средства связи:

Телефонные линии,

Электрическая кабельная связь,

Оптоволоконная кабельная связь,

Радиосвязь.

Пропускная способность телефонных линий - десятки, сотни Кбит/с; пропускная способность оптоволоконных линий и линий радиосвязи измеряется десятками и сотнями Мбит/с.

Шум, защита от шума

Термином “шум” называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи прежде всего возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемых по одним и тем же каналам. Иногда, беседуя по телефону, мы слышим шум, треск, мешающие понять собеседника, или на наш разговор накладывается разговор совсем других людей.

Наличие шума приводит к потере передаваемой информации. В таких случаях необходима защита от шума.

В первую очередь применяются технические способы защиты каналов связи от воздействия шумов. Например, использование экранированного кабеля вместо “голого” провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума, и пр.

Клодом Шенноном была разработана теория кодирования , дающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным . За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Например, если при разговоре по телефону вас плохо слышно, то, повторяя каждое слово дважды, вы имеете больше шансов на то, что собеседник поймет вас правильно.

Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и удорожанию связи. Теория кодирования позволяет получить такой код, который будет оптимальным. При этом избыточность передаваемой информации будет минимально возможной, а достоверность принятой информации - максимальной.

В современных системах цифровой связи для борьбы с потерей информации при передаче часто применяется следующий прием. Все сообщение разбивается на порции - пакеты . Для каждого пакета вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным пакетом. В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого пакета и, если она не совпадает с первоначальной суммой, передача данного пакета повторяется. Так будет происходить до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.

Рассматривая передачу информации в пропедевтическом и базовом курсах информатики, прежде всего следует обсудить эту тему с позиции человека как получателя информации. Способность к получению информации из окружающего мира - важнейшее условие существования человека. Органы чувств человека - это информационные каналы человеческого организма, осуществляющее связь человека с внешней средой. По этому признаку информацию делят на зрительную, звуковую, обонятельную, тактильную, вкусовую. Обоснование того факта, что вкус, обоняние и осязание несут человеку информацию, заключается в следующем: мы помним запахи знакомых объектов, вкус знакомой пищи, на ощупь узнаем знакомые предметы. А содержимое нашей памяти - это сохраненная информация.

Следует рассказать ученикам, что в мире животных информационная роль органов чувств отличается от человеческой. Важную информационную функцию для животных выполняет обоняние. Обостренное обоняние служебных собак используется правоохранительными органами для поиска преступников, обнаружения наркотиков и пр. Зрительное и звуковое восприятие животных отличается от человеческого. Например, известно, что летучие мыши слышат ультразвук, а кошки видят в темноте (с точки зрения человека).

В рамках данной темы ученики должны уметь приводить конкретные примеры процесса передачи информации, определять для этих примеров источник, приемник информации, используемые каналы передачи информации.

При изучении информатики в старших классах следует познакомить учеников с основными положениями технической теории связи: понятия кодирование, декодирование, скорость передачи информации, пропускная способность канала, шум, защита от шума. Эти вопросы могут быть рассмотрены в рамках темы “Технические средства компьютерных сетей”.

Чтобы лучше понимать процесс обмена информацией и условия его эффективности, следует иметь представление об элементах и этапах коммуникационного процесса.

Коммуникационный процесс

В процессе обмена информацией можно выделить четыре базовых элемента (рис. 1.4):

• отправитель – лицо, генерирующее идеи или собирающее и передающее информацию;
• сообщение – собственно информация, закодированная с помощью символов;
• канал – средство передачи информации;
• получатель – лицо, которому предназначена информация и которое интерпретирует ее.

Рис. 1.4.

При обмене информацией отправитель и получатель проходят несколько взаимосвязанных этапов. Основная задача отправителя – составить сообщение и использовать канал для его передачи таким образом, чтобы обе стороны поняли и разделили исходную идею. Это сложно, так как на каждом этапе смысл сообщения может быть искажен или полностью утрачен .

В процессе движения информации происходит ее продвижение но следующим этапам :

• зарождение идеи;
• кодирование и выбор канала;
• передача;
• декодирование;
• обратная связь.

Рассмотрим этапы коммуникационного процесса более подробно для того, чтобы показать, какие проблемы могут возникать в его разных точках (рис. 1.5).

1. Зарождение идеи. Обмен информацией начинается с формулирования идеи или отбора информации. При этом отправитель решает, какую именно идею или сообщение следует сделать предметом обмена. Его роль заключается в провотировании и кодировании информации с последующей передачей другим участникам процесса.

Очень важно правильно и тщательно сформулировать свою идею, с тем, чтобы она стала интересной и привлекательной для получателя. Важно помнить, что идея еще не трансформирована в слова и не приобрела другой формы, в которой она послужит обмену информацией. Отправитель решил только, что именно он хочет передать.

2. Кодирование и выбор канала. Прежде чем передать идею, отправитель должен закодировать ее с помощью символов. Например, он может использовать в качестве символов слова, интонации и жесты (язык тела). Такое кодирование превращает идею в сообщение.

Отправитель должен также выбрать канал, совместимый с типом символов, использованных для кодирования. К некоторым общеизвестным каналам относятся: передача речи, письменных материалов, электронные средства связи, включая компьютерные сети и электронную почту, видеоленты и видеоконференции. Если канал непригоден для физического воплощения символов, передача невозможна. Если канал не слишком соответствует идее, обмен информацией будет неэффективен.

Следует помнить, что выбор средства сообщения не должен ограничиваться единственным каналом. Часто желательно использовать два или более средства коммуникации в определенном сочетании. В связи с этим процесс усложняется, поскольку отправителю приходится устанавливать последовательность использования этих средств и определять временные интервалы для передачи информации. Тем не менее считается, что одновременное использование средств обмена устной и письменной информацией обычно эффективнее, чем обмен только письменной. Например, если на собрании начальников отделов, у начальника финансового отдела есть предложения по упрощению взаиморасчетов, эффективнее будет их представить письменно в виде раздаточного материала, на экране или флип-чарте в виде графиков, схем, или видеороликов, сопровождая их демонстрацию устными комментариями. При этом больше вероятность, что информация будет воспринята, во-первых, положительно, во-вторых, полностью (или в максимальном объеме), в-третьих, будут оперативно учтены пожелания и предложения заинтересованных коллег.

• 3. Передача. На третьем этапе отправитель использует канал для доставки сообщения (закодированной идеи или совокупности идей) получателю. Здесь речь идет о физической передаче сообщения, которую многие люди по ошибке и принимают за сам процесс коммуникации. В то же время передача является лишь одним из важнейших этапов, через которые необходимо пройти, чтобы донести идею до другого лица.
• 4. Декодирование. После передачи сообщения отправителем получатель декодирует его. Декодирование – это перевод символов отправителя в мысли получателя. Если символы, выбранные отправителем, имеют точно такое же значение для получателя, последний будет знать, что именно имел в виду отправитель, когда формулировалась его идея. Если реакции на идею не требуется, процесс обмена информацией на этом завершается.
• 5. Обратная связь. Обмен информацией можно считать эффективным, если получатель продемонстрировал понимание идеи через обратную евязь. Например, произвел действия, которых ждал от него отправитель.

Несмотря на внешнюю простоту коммуникационного процесса, он редко протекает без помех. Существует множество потенциальных препятствий, которые мешают эффективным коммуникациям. Факторы, нарушающие чистоту передачи сообщений, принято называть "шумом" в процессе коммуникаций.

"Шум" – это любой фактор, способный нарушить четкость передачи послания в любой момент процесса коммуникации.

Источники шума варьируются от сложности или неточности языка послания до различий в восприятии людей его получающих, из-за которых может изменяться смысл в процессах кодирования и декодирования. Например, говорят о шуме, когда сообщения плохо закодированы (написаны неясно) или плохо декодированы (не поняты), или когда каналы коммуникации не эффективны (внимание получателя отвлечено от сообщения). Помехой может служить также различие в организационном статусе между руководителем и подчиненным, что также затрудняет точную передачу информации.

Таким образом, шум но своей сути является барьером в процессе коммуникации.

Определенный шум в процессе коммуникации есть всегда, поэтому на каждом этапе процесса обмена информацией происходит некоторое искажение смысла. Если уровень шума достаточно высок, то может происходить заметная потеря смысла послания или даже полная блокировка информационного обмена.

Рис. 1.5.

Таким образом, коммуникационный процесс – это последовательность действий при общении людей. Цель коммуникационного процесса – обеспечение понимания информации, являющейся предметом обмена. Коммуникационный процесс имеет определенные элементы и происходит поэтапно. На каждом из этапов может возникать "шум" (помехи в коммуникациях), который способен существенно понижать их эффективность.

Как было отмечено выше, главная цель коммуникации – обмен различного рода информацией. Каждое предприятие пронизано сетью информационных каналов, которые предназначены для ее сбора, анализа и систематизации. При этом руководитель во многих случаях может выбирать и использовать наиболее удобные для него каналы общения с другими руководителями и подчиненными. Например, обсуждать проблему можно в личной беседе или по телефону; допускается передать работникам информацию, написав записку или письмо, или повесить сообщение на доску объявлений. Конкретный канал во многом определяется природой сообщения (рис. 1.6).

Коммуникативные каналы классифицируют по их пропускной способности.

Пропускная способность канала – это объем информации, который может быть передан через него за один коммуникативный эпизод.

В целом коммуникация становится более эффективной при использовании всего множества каналов как письменных, так и устных.

На емкость коммуникативных каналов влияют три фактора :

• способность обрабатывать несколько сигналов одновременно;
• возможность обеспечения быстрой, двусторонней обратной связи;
• способность обеспечивать личный подход к коммуникациям.

С точки зрения этих возможностей самым лучшим средством является личное общение. Только оно гарантирует прямое воздействие, передачу множественных информационных сигналов, немедленную обратную связь и личный подход.

Общение по телефону или с помощью других электронных средств ускоряет процесс коммуникации, однако в нем отсутствует "эффект присутствия".

Персональные письменные сообщения – записки, письма, замечания – тоже могут иметь личностную направленность, но они доносят только написанные на бумаге слова и не могут обеспечить быструю обратную связь.

Безличные коммуникативные каналы – бюллетени, стандартные компьютерные отчеты – являются самыми "мелкими", их пропускная способность ограничена в наибольшей степени.

По сути, эффективность способа коммуникации зависит от того, насколько он подходит для той информации, которую нужно передать. В частности, исследования показали, что в тех случаях, когда информация носит неоднозначный характер (т.е. нуждается в разъяснениях), устные средства связи более эффективны, чем письменные. Однако письменная форма передачи сообщений более действенна, когда информация очевидна, проста и прямолинейна. Например, доведение до работников рабочих заданий, информирование их о принятых решениях или закрепление в письменной форме достигнутых ранее договоренностей.

В любом случае важен не только вопрос, какую форму коммуникации выбрать, но и как ее правильно использовать. В табл. 1.1 приведены некоторые полезные советы по использованию традиционных средств коммуникаций .

• См.: Дафт Р. Л. Уроки лидерства.
• См.: Дафт Р. Л. Уроки лидерства.
• Гринберг Дж., Бейрон Р. Организационное поведение: от теории к практике. М., 2004. С. 441.

Эффективное кодирование решает задачу более компактной записи сообщений, вырабатываемых источником за счет их перекодировки. И применяется практически во всех архиваторах типа Rar, Zip и др. Особенностью этих архиваторов является то, что они позволяют сжать информацию в относительно небольшое число раз (в 2-3, max в 4 раза), но при этом происходит полное восстановление сжатой информации «бит в бит». Если же не требуется восстановление информации «бит в бит», то применяются другие методы перекодировки, позволяющие достичь сжатия в десятки раз. Они основываются на изучении закономерностей создания сообщений источником, изучении свойств самого источника и понимания того, насколько необходимо сохранять начальную информацию для потребителя. Например, при передаче речи можно не передавать ее «бит в бит», а допускать искажения, которые получатель голосового сообщения просто не заметит из-за нечувствительности слухового аппарата человека к этим изменениям. При этом сохранится и разборчивость речи, и узнаваемость голоса, и ее эмоциональная окраска. Частичная потеря этих качеств увеличивает ее сжатие. Еще раз подчеркнем, что эффективное кодирование это сжатие и восстановление информации «бит в бит».

Общее определение кодирования и кода. Задачи кодирования

Кодирование – в широком смысле слова – это представление сообщений в форме, удобной для передачи по данному каналу.

Операция, обратная кодированию, называется декодирование.

Снова вернемся к рассмотрению общей схемы системы передачи информации.

Рис. 3.1. Общая схема системы передачи информации

Сообщению X на выходе источника информации (ИИ) необходимо поставить в соответствие определенный сигнал. Поскольку количество сообщений при неограниченном увеличении времени стремится к бесконечности, то ясно, что создать свой сигнал для каждого сообщения практически невозможно.

Поскольку дискретные сообщения складываются из букв, а непрерывные сообщения можно представить последовательностью цифр в каждый момент отсчета, то имеется принципиальная возможность обойтись конечным числом образцовых сигналов, соответствующих отдельным буквам алфавита источника.

При большом объеме алфавита прибегают к представлению букв в другом алфавите с меньшим числом букв, которые будем называть символами.

Для обозначения этой операции используется тот же термин – кодирование, понимаемый теперь в узком смысле.

Поскольку алфавит символов меньше алфавита букв, то каждой букве соответствует некоторая последовательность символов, называемая кодовой комбинацией. Число символов в кодовой комбинации называется ее значностью.

В процессе преобразования букв в символы может преследоваться несколько целей:

1. Первая из них заключается в том, чтобы преобразовать информацию в такую систему символов (код), чтобы он обеспечивал простоту и надежность аппаратурной реализации информационных устройств, т.е.:

• простоту аппаратуры различения отдельных символов;
• минимальное время передачи;
• минимальный объем запоминающего устройства при хранении;
• простоту выполнения в принятой системе арифметических и логических действий.

Статистические свойства источника сообщений и помех в канале связи при этом не принимаются во внимание.

Техническая реализация процесса кодирования в таком простейшем виде при непрерывном входном сигнале осуществляется аналого-кодовыми (цифровыми) преобразователями.

2. Второй целью кодирования является на основании теорем Шеннона – согласование свойств источника сообщений со свойствами канала связи.

Так называемый кодер источника (КИ) имеет целью обеспечить такое кодирование, при котором путем устранения избыточности существенно уменьшается среднее число символов, требующееся на 1 букву сообщения.

При отсутствии помех это непосредственно дает выигрыш во времени передачи или в объеме запоминающего устройства, т.е. повышает эффективность системы. http://peredacha-informacii.ru/ Такое кодирование получило название эффективное кодирование.

При наличии помех в канале эффективное кодирование позволяет преобразовать входную информацию в последовательность символов, наилучшим образом подготовленную для дальнейшего преобразования (максимально сжатую).

Так называемый кодер канала (КК) имеет целью обеспечить заданную достоверность при передаче или хранении информации путем дополнительного внесения избыточности, но уже по простым алгоритмам и с учетом статистических закономерностей помехи в канале связи. Такое кодирование получило название помехоустойчивого.

Целесообразность устранения избыточности сообщения методами эффективного кодирования с последующим перекодированием помехоустойчивым кодом обусловлено тем, что избыточность источника сообщения в большинстве случаев не согласована со статистическими закономерностями помехи в канале связи и потому не может быть полностью использована для повышения достоверности принимаемого сообщения, тогда как можно подобрать подходящий для данной помехи помехоустойчивый код.

Кроме того, избыточность сообщения часто является следствием весьма сложных вероятностных зависимостей и позволяет обнаружить и исправить ошибки только после декодирования всего сообщения, пользуясь сложнейшими алгоритмами и интуицией.

Итак, выбор кодирующих и декодирующих устройств зависит от статистических свойств источника сообщений, а так же уровня и характера помех в канале связи.

Если избыточность источника сообщений и помехи в канале связи практически отсутствуют, то введение как кодера источника, так и кодера канала нецелесообразно.

Когда избыточность источника сообщений высока, а помехи малы, целесообразно введение только кодера источника.

Когда избыточность источника мала, а помехи велики, целесообразно введение кодера канала.

При большой избыточности и высоком уровне помех целесообразно введение обоих дополнительных кодирующих и декодирующих устройств.

После кодера канала КК кодированный сигнал поступает в устройство кодирования символов сигналами – модулятор М. Получаемый на выходе модулятора сигнал Y подготовлен к передаче по конкретной линии связи ЛС.

В устройство декодирования сигналов в символы (демодулятор ДМ) из линии связи приходит сигнал, искаженный шумом, который обозначен на схеме – Z .

Устройство декодирования помехоустойчивого кода (декодер канала ДК) и устройство декодирования сообщений (декодер источника ДИ) выдает декодированное сообщение W получателю П (человеку или машине).

Эффективное кодирование информации при передаче по каналам связи

1.7. Передача информации по каналу без помех

Если через канал связи без помех передается последовательность дискретных сообщений длительностью то предел отношения

где количество информации, содержащейся в последовательности сообщений (скорость передачи информации по каналу связи). Предельное значение скорости передачи информации называется пропускной способностью канала связи:

Как известно, количество информации в сообщениях максимально при равной вероятности состояний. Тогда

Скорость передачи информации в общем случае зависит от статистических свойств сообщения и параметров

канала связи. Пропускная способность - это характеристика канала связи, которая не зависит от скорости передачи информации. Количественно пропускная способность канала связи выражается максимальным количеством двоичных единиц информации, которое данный канал связи может передать за одну секунду.

Для наиболее эффективного использования канала связи необходимо, чтобы скорость передачи информации была как можно ближе к пропускной способности канала связи.

Если скорость поступления информации на вход канала связи превышает пропускную способность канала, то по каналу будет передана не вся информация, т. е. должно выполняться условие

Это основное условие согласования источника информации и канала связи. Согласование осуществляется путем соответствующего кодирования сообщений. Доказано, что, если скорость информации, вырабатываемой источником сообщений, достаточно близка к пропускной способности канала , т. е. где сколь угодно малая величина, всегда можно найти такой способ кодирования, который обеспечит передачу сообщений, вырабатываемых источником, причем скорость передачи информации будет весьма близка к пропускной способности канала.

Обратное утверждение заключается в том, что невозможно обеспечить длительную передачу всех сообщений, если поток информации, вырабатываемый источником, превышает пропускную способность канала.

Если ко входу канала подключен источник сообщений с энтропией на символ, равной пропускной способности канала связи, считается, что источник согласован с каналом. Если энтропия источника меньше пропускной способности канала, что может быть в случае неравновероятности состояний источника, то источник не согла

сован с каналом связи, т. е. канал используется не полностью.

Согласование в статистическом смысле достигается с помощью так называемого статистического кодирования. Для уяснения принципа статистического кодирования рассмотрим две последовательности сообщений, представляющие, например, записанные через равные промежутки времени сигналью состоянии двухпозиционного контролируемого объекта (включен или выключен):

Символу 1 соответствует сигнал «объект включен», символу 0 «объект выключен». Будем считать, что символы появляются независимо один от другого.

Для первой последовательности символы 1 и 0 равновероятны, для второй - вероятность первого символа второго символа

Энтропия первой последовательности Энтропия второй последовательности Следовательно, количество информации на символ во второй последовательности в два раза меньше, чем в первой.

При передаче последовательностей через бинарный канал связи с первая последовательность будет согласована с каналом в то время как при передаче второй последовательности пропускная способность двоичного канала на символ в два раза больше энтропии источника, т. е. канал недогружен и в статистическом смысле не согласован с источником

Статистическое кодирование позволяет повысить энтропию передаваемых сообщений в пределе до величины, которая получается, если символы новой последовательности равновероятны. При этом число символов в последовательности будет сокращено. В результате

источник информации согласуется с каналом связи. Техника такого кодирования изложена в § 2.9.

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ