В чём суть процесса дискретизации информации?

Теория

Дискретизация гребёнкой Дирака

В математических терминах — дискретизация это умножение непрерывной функции гребень Дирака на функцию, называемую гребень Дирака где  — константа — период дискретизации и дельта-функция Дирака — дельта-функция Дирака:

Преобразование Фурье дискретной функции даёт её спектр . Согласно теореме Котельникова, если спектр спектральная плотность исходной функции ограничен, то есть спектральная плотность нулевая свыше некоторой частоты , то исходная функция однозначно восстановима по совокупности её выборок, взятых с частотой дискретизации .

Для абсолютно точного восстановления необходимо подать на вход идеального фильтра нижних частот последовательность бесконечно коротких импульсов каждый с площадью равной значению выборки.

Практически невозможно идеально точно восстановить реальные сигналы по выборкам, так как во-первых, не существует сигналов с ограниченным спектром, ибо реальные сигналы ограничены во времени, что обязательно даёт спектр бесконечной ширины. Во-вторых, физически нереализуем идеальный фильтр низких частот (sinc-фильтр), в третьих, невозможны бесконечно короткие импульсы с конечной площадью.

Видео

Что такое дискретность в информатике

Разработчиками компьютерных программ используются разные формы алгоритмов и языки программирования. Дискретность в информатике — это алгоритм, способный представить процесс решения задания в виде последовательного исполнения заранее определённых и упрощённых шагов. Все очередные действия, предусмотренные алгоритмом, могут быть исполнены лишь после завершения исполнения предыдущих.

Другими словами, дискретность это в информатике возможность решить задачу путём распределения процесса на отдельные последовательные шаги. Каждая сформированная совокупность команд или предписаний выделена. Только исполнив одну команду, удаётся приступить к исполнению последующей.

Формы представления дискретной информации

Итак, существуют две формы представления информации:

  • непрерывная;
  • дискретная. 

Они принципиально отличаются в зависимости от своей природы.

Любой объект или явление, существующие в нашем мире, можно представить с помощью определенных физических величин и характеристик. Такое природное явление, как циклон, можно описать с помощью скорости ветра, температуры воздуха, количества выпавших осадков и другими характерными для циклона величинами.

Характерные физические величины для описания человека:

  • возраст;
  • вес;
  • рост;
  • температура тела;
  • кровяное давление и пр.

Все вышеуказанные физические величины имеют собственные определенные диапазоны. Количество значений, которые способна принимать та или иная величина, может быть бесконечным.

Подобные величины и ту информацию, которую они передают, принято называть непрерывными. Между значениями таких величин не бывает скачкообразных разрывов. Такая непрерывная величина, как масса тела, например, может принимать любые значения от нуля до бесконечности, включая дробные.

Кроме непрерывных величин, существуют и такие, которые обозначают целое, а не дробное количество: например, число музыкантов в оркестре или число атомов в молекуле вещества.

Если объект изучения обладает характерным свойством в какие-то моменты принимать строго конкретные значения (знаковые или числовые), то это свойство называют дискретной информацией об объекте.

Особенность дискретной информации — ее прерывистость, возможность пронумеровать и представить в цифровом виде с использованием логических нуля и единицы.

Дискретными значениями являются:

  • количество зданий в городе;
  • геометрические фигуры;
  • буквы алфавита.

Для того чтобы обладать наиболее полными сведениями об объекте или явлении, чаще всего их описывают с помощью двух форм представления информации одновременно.

Пример 1

Геометрическую фигуру можно описать с помощью ее дискретного значения (квадрат) и непрерывного значения длины его стороны (15,25 см).

Пример 2

При использовании пружинных весов или весов со стрелкой измеряемая величина (масса) является сама по себе непрерывной. Но весы переводят этот показатель в дискретную форму в зависимости от того, к какому делению шкалы ближе окажется бегунок пружинных весов или стрелка.

  В этом случае, чем более мелкие деления на шкале, тем более точной будет дискретное представление информации о массе взвешиваемого предмета.

Дискретную информацию принято представлять в символьном виде, с использованием знаков — натуральных чисел или букв. С помощью натуральных чисел можно представить деления на шкале измерительного прибора, нумерацию страниц книги или домов на улице города. 

Цифровой вариант представления информации очень удобен для использования в ЭВМ.

В повседневной жизни для представления информации помимо цифр используют слова, составленные из букв какого-либо алфавита (русского, латинского, китайского и пр.). С помощью слов обозначают имена и свойства объектов, перечисляют действия. 

Также широкое применение получили различные математические символы, знаки препинания.

Использование совокупности всех имеющихся символов, условно именуемой «алфавитом», дает возможность создания различных информационных объектов.

  1. Из букв составляют слова, характеризующие свойства объектов.
  2. С помощью цифр можно передать информацию о числовых значениях величин.
  3. Одновременное использование букв, цифр и математических символов позволяет создавать формулы, указывать на соотношения между различными величинами.

Такой вид представления информации называется символьным, так как она имеет дискретную природу, заключенную в использовании последовательности различных символов.

Существует большое количество «алфавитов» или систем письменности, с помощью которых можно передать (записать, сохранить) одну и ту же информацию различными символическими наборами. 

В качестве примера поставим в соответствие каждой букве алфавита ее порядковый номер. В этом случае с помощью цифр от 0 до 9 можно записать текст целой книги.

Более того, ту же самую информацию можно закодировать с помощью двоичного кода, используя всего 2 символа — 0 и 1.

Примечание

К дискретным формам представления информации относят также ее графическое изображение в виде различных чертежей, графиков, схем.

Различие сигналов

  • Сигнал аналоговый (непрерывный). Значениями параметров, заключённых внутри конкретного диапазона, могут выступать любые показатели, причём в любой временной момент.
  • Сигнал дискретный. Дискретным моментам времени соответствуют определённые дискретные значения параметров. Описывается непрерывная информация в виде поступающих сигналов в систему координат, таких как время и уровень. При этом используются непрерывные функции.
  • Преобразование сигнала аналогового в сигнал дискретный. Этот процесс повязан с дискретизацией как по уровню, так и по времени. Обрабатывать и хранить дискретные сигналы несложно. Помехи могут оказывать на них лишь незначительное влияние, к тому же они легко обнаруживаются и устраняются. Именно поэтому используются дискретные сигналы намного шире, чем непрерывные.

Теги