Site Loader

Содержание

Информация и информационные процессы — презентация онлайн

1. ИНФОРМАЦИЯ И ЕЁ СВОЙСТВА

ИНФОРМАЦИЯ
И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

2. Ключевые слова

• информация
• сигнал
• непрерывный сигнал
• дискретный сигнал
• виды информации
• свойства информации
Информация и сигнал
Информация для человека – это содержание сигналов
(сообщения), воспринимаемых человеком
непосредственно или с помощью специальных устройств,
расширяющее его знания об окружающем мире и
протекающих в нём процессах.
В обыденной жизни под информацией понимают
сообщения, сведения о чём-либо, которые получают и
передают люди.
Информация содержится:
в речи людей
в текстах книг
в звуках и видах природы
в показаниях часов и других
приборов

5. Информация и сигнал

!
Информация для человека – это
содержание сигналов (сообщения),
которые он получает из различных
источников.
Каждый материальный объект, с которым происходят
изменения, становится источником информации. Эту
информацию мы получаем в виде сигналов.
Информация и сигнал
Различают сигналы:
• механические;
• звуковые;
• тепловые;
• световые;
• электрические.
Информация и сигнал
Информация и сигнал
Непрерывный сигнал принимает бесконечное
множество значений из некоторого диапазона. Между
значениями, которые он принимает, нет разрывов.
Речь человека
Информация и сигнал
Дискретный сигнал принимает конечное число
значений. Все значения дискретного сигнала можно
пронумеровать целыми числами.
Сигналы светофора
Задания
1 (№ 3). Укажите для каждого графического изображения
тип соответствующего сигнала (непрерывный или
дискретный)
F
F
t
t
Виды информации
По способу восприятия человеком информация может
быть разделена на следующие виды:
визуальная
тактильная
обонятельная
аудиальная
вкусовая

12. Свойства информации:


Объективность
Полнота
Понятность
Актуальность
Достоверность
Полезность
Самое главное
Информация для человека — это содержание сигналов
(сообщения), которые он получает из различных источников.
Сигналы могут быть:
— непрерывными — они принимают бесконечное множество
значений из некоторого диапазона;
— дискретными – они принимают конечное число значений,
которые можно пронумеровать.
По способу восприятия человеком выделяют:
• визуальную,
• аудиальную,
• обонятельную,
• вкусовую,
• тактильную информацию.
Самое главное
Свойства информации:
• объективность,
• достоверность,
• полнота,
• актуальность,
• полезность,
• понятность.
Одна и та же информация может обладать разными свойствами
для разных людей.
Вопросы и задания
• Что такое информация для человека? Перечислите
источники, из которых вы получаете информацию.
• Приведите примеры непрерывных и дискретных
сигналов.
• Перечислите основные виды информации по способу
её восприятия человеком.
Вопросы и задания
2. Выберите правильный ответ.
a) Если вы собираетесь провести выходной день на
природе, то своевременной информацией для вас
будет:
1) сведения о погоде в такой же день прошлого года;
2) прогноз погоды на выходной день.
б) Волга впадает в Каспийское море – это:
1) достоверная информация;
2) недостоверная информация.
Вопросы и задания
в) Слухи, вымыслы, непроверенные гипотезы —
это:
1) достоверная информация;
2) недостоверная информация.
г) Информация о том, как с помощью подручных
средств добыть огонь, будет для вас наиболее
полезной:
1) если вы попадёте на необитаемый остров;
2) в нашей повседневной жизни.
Вопросы и задания
д) О правилах дорожного движения каждый
водитель автомобиля:
1) должен обладать полной информацией;
2) может иметь неполную информацию.
е) Об устройстве двигателя каждый водитель
автомобиля:
1) должен обладать полной информацией;
2) может иметь неполную информацию.

19. Домашнее задание

Введение, §1;
№ 5, 6, 7 в рабочей тетради
Домашнее задание
№ 5. Установите соответствие между свойствами информации и их
описаниями
Объективность
Информация выражена на языке,
доступном для получателя
Достоверность
Информация позволяет получателю
решать стоящие перед ним задачи
Актуальность
Информация важна, существенна
в настоящий момент времени
Полезность
Понятность
Полнота
Информация достаточна для
понимания ситуации
и принятия решения
Информация отражает истинное
положение дел
Информация не зависит от чьего
либо мнения

21. Домашнее задание

№ 6. Приведите примеры информации, которая в конкретной
ситуации является:
— актуальной (своевременной) …
— неактуальной …
— достоверной …
— недостоверной …
— объективной …
— необъективной …
— полной …
— неполной …
— полезной …
— бесполезной …
— понятной …
— непонятной …

22. Домашнее задание

№ 7. Отгадайте слово, обозначающее некоторое понятие
информатики. В разных ситуациях оно может употребляться со
следующими прилагательными:

Непрерывная и дискретная информация — On-line консультация

В случае когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений (при этом все они могут быть пронумерованы), сигнал называется дискретным, а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов -дискретным сообщением. Информация, передаваемая источником, в этом случае также называется дискретной. Если же источник вырабатывает непрерывное сообщение (соответственно параметр сигнала – непрерывная функция от времени), соответствующая информация называется непрерывной. Пример дискретного сообщения – процесс чтения книги, информация в которой представлена текстом, т.е. дискретной последовательностью отдельных значков (букв). Примером непрерывного сообщения служит человеческая речь, передаваемая модулированной звуковой волной; параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника – человеческого уха.

Ось значений функции можно разбить на отрезки с заданным шагом и отобразить каждый из выделенных отрезков из области определения функции в соответствующий отрезок из множества значений (рис. 2). В итоге получим конечное множество чисел, определяемых, например, по середине или одной из границ таких отрезков.

Таким образом, любое сообщение может быть представлено как дискретное, иначе говоря последовательностью знаков некоторого алфавита.

Возможность дискретизации непрерывного сигнала с любой желаемой точностью (для возрастания точности достаточно уменьшить шаг) принципиально важна с точки зрения информатики. Компьютер – цифровая машина, т.е. внутреннее представление информации в нем дискретно. Дискретизация входной информации (если она непрерывна) позволяет сделать ее пригодной для компьютерной обработки.

Существуют и другие вычислительные машины – аналоговые ЭВМ. Они используются обычно для решения задач специального характера и широкой публике практически не известны. Эти ЭВМ в принципе не нуждаются в дискретизации входной информации, так как ее внутреннее представление у них непрерывно. В этом случае все наоборот – если внешняя информация дискретна, то ее “перед употреблением” необходимо преобразовать в непрерывную.

Универсальность дискретного (цифрового) представления информации. 

Как мы уже знаем, предметом изучения для комплекса наук, называемого информатикой, является информация. Разные дисциплины информатики рассматривают те или иные аспекты действий над информацией — ее получение, передачу, обработку и т.д.; в современных учебниках информатики их принято называть информационными процессами.

Для любой операции над информацией (даже такой простой, как сохранение) она должна быть как-то представлена (записана, зафиксирована). Следовательно, прежде всего необходимо договориться об определенном способе представления информации, т.е. ввести некоторые обозначения и правила их использования (порядок записи, возможности комбинации знаков и др.). Когда все это аккуратно определено, используя указанные соглашения, информацию можно записывать, причем с уверенностью, что она будет однозначно воспринята. Вследствие важности данного процесса он имеет специальное название — кодирование информации.

Кодирование информации необычайно разнообразно. Указания водителю автомобиля по проезду дороги кодируются в виде дорожных знаков, а также специальных индикаторных устройств (светофоров и всевозможных светящихся табло около них). Музыкальное произведение кодируется с помощью знаков нотной грамоты, для записи шахматных партий и химических формул также созданы специализированные нотации (системы записи). Менее стандартными, но легко интуитивно понимаемыми являются комбинации изображений солнышка и облаков, компактно описывающие погоду. Весьма специфическую азбуку флажков придумали моряки. Устная речь человека, которая служит одним из важных каналов передачи информации, состоит из стандартного набора звуков (имеющего свои особенности для каждого национального языка) в различных сочетаниях. Любой грамотный компьютерный пользователь знает о существовании кодировок символов ASCII, Unicode и некоторых других. Правила записи чисел в десятичной системе — это тоже способ кодирования, предназначенный для произвольных чисел. Географическая карта по определенным правилам кодирует информацию о рельефе местности и относительном расположении объектов, электрическая схема или сборочный чертеж — о соединении деталей. Высота столбика термометра или отклонение стрелки амперметра на фоне нарисованной шкалы представляют данные о температуре или силе тока и т.д.

Понятие кодирования используется в информатике необычайно широко, причем существуют даже разные уровни кодирования информации. Например, из практики известна проблема с выбором кодировки русских текстов; это своего рода теоретическая проблема — какие коды выбрать для каждой буквы. А вот пример другого свойства: при наличии некачественных дисководов и дискет информация где-то читается, а где-то нет. Здесь имеет значение другой уровень кодирования — физический: записываемая на дискету двоичная информация (в том числе представляющая собой те же тексты!) кодируется с помощью интенсивности намагничивания определенных мест магнитной поверхности, а проблемы возникают при попытке найти и распознать эти “магнитные пятна”. Подчеркнем, что если сопоставить приведенные примеры, то отчетливо видно, что проблема кодирования далеко не всегда непосредственно связана с рассмотрением какого-либо конкретного материального носителя. Если читатели пожелают подробнее познакомиться с “оттенками” использования термина кодирование в информатике, советуем обратиться к детальному аналитическому обзору 

Теория кодирования информации является одной из дисциплин, которые входят в состав информатики. Она занимается вопросами экономичности (архивация, ускорение передачи данных), надежности (обеспечение восстановления переданной информации в случае повреждения) и безопасности (шифрование) кодирования информации.

Закодированная информация всегда имеет под собой какую-либо объективную основу, поскольку информация есть отражение тех или иных свойств окружающего нас мира. В то же время, одну и ту же информацию можно закодировать разными способами: число записать в десятичной или двоичной системе, данные о выпуске продукции по годам представить в виде таблицы или диаграммы, текст лекции записать на магнитофон или сохранить в печатном виде, собрание сочинений классика перевести и издать на всех языках народов мира. Существует два принципиально отличных способа представления информации: непрерывный и дискретный. Если некоторая величина, несущая информацию, в пределах заданного интервала может принимать любое значение, то она называется непрерывной. Наоборот, если величина способна принимать только конечное число значений в пределах интервала, она называется дискретной. Хорошим примером, демонстрирующим различия между непрерывными и дискретными величинами, могут служить целые и вещественные числа. В частности, между значениями 2 и 4 имеется всего одно целое число, но бесконечно много вещественных (включая знаменитое p).

Для наглядного представления о сути явления дискретности можно также сравнить таблицу значений функции и ее график, полученный путем соединения соответствующих точек плавной линией.

Очевидно, что с увеличением количества значений в таблице (интервал дискретизации сокращается) различия существенно уменьшаются, и дискретизированная величина все лучше описывает исходную (непрерывную). Наконец, когда имеется настолько большое количество точек, что мы не в состоянии различить соседние, на практике такую величину можно считать непрерывной.

Компьютер способен хранить только дискретно представленную информацию. Его память, как бы велика она ни была, состоит из отдельных битов, а значит, по своей сути дискретна.

В заключение заметим, что сама по себе информация не является непрерывной или дискретной: таковыми являются лишь способы ее представления. Например, давление крови можно с одинаковым успехом измерять аналоговым или цифровым прибором.

 Принципиально важным отличием дискретных данных от непрерывных является конечное число их возможных значений. Благодаря этому каждому из них может быть поставлен в соответствие некоторый знак (символ) или, что для компьютерных целей гораздо лучше, определенное число. Иными словами, все значения дискретной величины могут быть тем или иным способом пронумерованы.

Примечание. Рассмотрим такую, казалось бы, “неарифметическую” величину, как цвет, обычно представляемую в компьютере как совокупность интенсивности трех базовых цветов RGB. Тем не менее, записанные вместе, все три интенсивности образуют единое “длинное” число, которое формально вполне можно принять за номер цвета.

Значение сформулированного выше положения трудно переоценить: оно позволяет любую дискретную информацию свести к единой универсальной форме — числовой. Не случайно, поэтому в последнее время большое распространение получил термин “цифровой”, например, цифровой фотоаппарат. Заметим, что для цифрового фотоаппарата важно не столько существование дискретной светочувствительной матрицы из миллионов пикселей (в конце концов “химическая” фотопленка также состояла из отдельных зерен), сколько последующая запись состояния ячеек этой матрицы в числовой форме.

В свете сказанного выше вопрос об универсальности дискретного представления данных становится очевидным: дискретная информация любой природы сводится тем или иным способом к набору чисел. Кстати, данное положение лишний раз подчеркивает, что каким бы “мультимедийным” не выглядел современный компьютер, “в глубине души” он по-прежнему “старая добрая ЭВМ”, т.е. устройство для обработки числовой информации.

Примечание. Здесь было бы очень уместно привести некоторые примеры методов дискретного кодирования данных: текстов, графики, звука. Для экономии мы не будем этого делать. Тем, кто планирует свой будущий ответ на экзамене, советуем продумать примеры, которыми вы дополните свой рассказ.

Таким образом, проблема кодирования информации для компьютера естественным образом распадается на две составляющие: кодирование чисел и способ кодирования, который сводит информацию данного вида к числам.

Сигналы оповещения гражданской обороны и способы их передачи

“Внимание всем” – предупредительный сигнал.

Подаётся для привлечения внимания населения звучанием электрических и ручных сирен, производственными и транс­портными гудками. Подаётся перед передачей всех экстрен­ных сообщений. После звучания сирен диктор доводит до населения речевую информацию.

При аварии на химически опасном объекте:

Оповещение производится по средствам проводного радио и телевизионного вещания передачей соответствующего текс­та.                                       

Пример:

«Внимание!

Граждане! Произошла авария на мясокомбинате с выливом аммиака.

В зону химического заражения попадает завод _________________. Населению, проживающему на улицах ________________________________, немедленно покинуть жилые дома, здания, учреждения, предприятия, организации, выйти в район _________________. Населению, проживающему на ули­цах __________________________________, необходимо находить­ся в помещениях, провести дополнительную герметизацию своих квартир (домов)».

Действия по сигналу.

Всему населению включить радио, радиотрансляционные или телевизионные приёмники для прослушивания экстренно­го сообщения речевой информации оповещения, внимательно их прослушать и действовать согласно указаниям. Оповестить соседей и близких (по телефону при наличии времени) о по­лученной информации.

Внимательно прослушать текст передаваемого сообщения. Запомнить маршруты выхода из зоны заражения и действо­вать в соответствии с указаниями прослушанной информации. Оповестить соседей.

Действовать быстро, без суеты, соблюдать порядок и дис­циплину. Покидая помещения, выключить оборудование, осве­тительные и нагревательные приборы, перекрыть газ, воду. Выходить из зоны заражения необходимо перпендикулярно направлению ветра (чтобы ветер дул сбоку, в правое или ле­вое ухо). Почувствовав запах аммиака, надеть сред­ства защиты органов дыхания или ватно-марлевую повязку (носовой платок), смоченную водой.

При воздушной опасности:

Передача соответствующего текста по радиотелевизионно­му вещанию.

Пример текста:

«Внимание!

Граждане! Воздушная тревога!

Отключите свет, газ, воду, погасите огонь в печах. Возьми­те средства индивидуальной защиты, документы, запас про­дуктов и воды.

Укройтесь в защитном сооружении или в складках местнос­ти.

Соблюдайте спокойствие и порядок».

Действия по сигналу

Дома: быстро собраться и уйти в убежище, укрытие. Выклю­чить осветительные и нагревательные приборы, перекрыть воду, газ, взять документы, деньги, запас продуктов и воды, тёп­лые вещи, средства индивидуальной защиты. Оповестить со­седей.

На открытой местности: надеть средства защиты ор­ганов дыхания. Укрыться в складках местности. Выйти из убежища или укрытия и возвратиться к своим делам, нахо­диться в готовности к защите от возможного повторного напа­дения противника. Всегда иметь при себе средства индивиду­альной защиты.

При угрозе радиоактивного заражения:

Пример текста:

«Внимание!

Граждане! Возникла угроза радиоактивного заражения!” “Приведите в готовность средства индивидуальной защи­ты. Держите их постоянно при себе. По команде на­деньте их. Проверьте герметизацию жилых помещений, состо­яние окон, дверей. Загерметизируйте продукты питания и соз­дайте в ёмкостях запас воды. Оповестите соседей. Действуйте в соответствии с указаниями».

При угрозе химического заражения:

Порядок оповещения как при угрозе радиоактивного зара­жения.

Действия по сигналу

Надеть ватно-марлевую повязку, респиратор или противо­газ. Закрыть окна и двери, укрыть запасы продовольствия и воды, укрыться в убежищах или укрытиях; не покидать убе­жища и укрытия до особого распоряжения штаба ГО. При на­хождении вне укрытия на заражённой местности принять радиозащитные средства № I из аптечки АИ-2 (6 табл. из разо­вого восьмигранного пенала). Строго соблюдать режимы поведения, установленные органами управления ГО. Немедленно надеть противогаз, средства защиты кожи, укрыться в защитном сооружении. На местности при появлении признаков поражения принять антидот (средство против ВОФ) из аптечки АИ-2 (одну табл. из красного круглого пенала). При попадании капель ОВ на кожу или одежду эти участки обрабатывать раствором из ин­дивидуального противохимического пакета ИПП-8, после вы­хода из очага химического заражения необходимо пройти санобработку, одежду сдать на дегазацию, противогазы сни­мать по распоряжению штаба гражданской обороны.

Действия населения при эвакуации.

О начале эвакуации будет объявлено по радио и телевиде­нию, администрацией ЖЭК.

Взять с собой средства индивидуальной защиты, из ве­щей – самое необходимое (одежду, обувь, бельё, туалетные принадлежности), документы, деньги, продукты на трое суток, медикаменты, обязательно тёплые вещи, постельное бе­лье и пр.

На каждый чемодан, рюкзак или мешок прикрепить бирку с указанием фамилии, имени и отчества, адреса жительства и места эвакуации.

Ваше место размещения в загородной зоне:

_____________________________________________________________

(наименование населенного пункта, ул., дом №)

Помните! Действовать нужно быстро, но без суеты и пани­ки. В чрезвычайных условиях всё нужно делать в указанные сроки.

Примечание: Если у вас возникли вопросы по гражданс­кой обороне, ответы можете получить у непосредственного на­чальника на работе или по месту жительства.

Во всех случаях:

— продукты иметь в полиэтиленовых пакетах, плотно зак­рытыми, воду в термосах или плотно закрытых ёмкостях.

Иметь при себе документы:

— паспорт, военный билет, свидетельство о рождении;

— документы об образовании, трудовую книжку;

— сберегательную книжку.

ЗНАЙТЕ И ХРАТИТЕ ЭТУ ПАМЯТКУ!

 

Схемы, системы и обработка сигналов

Быстрые разработки в области аналоговой и цифровой обработки сигналов для систем связи, управления и компьютерных систем сделали теорию электрических цепей и обработку сигналов бурно развивающейся областью исследований и разработок. Цель Circuits, Systems и Signal Processing (CSSP) — помочь удовлетворить потребности торговых точек в значительных исследовательских работах и ​​современных обзорных статьях в этой области.

Тематика журнала широкая: от математических основ до практического инженерного проектирования. Он охватывает, помимо прочего, такие темы, как линейные и нелинейные сети, распределенные схемы и системы, многомерные сигналы и системы, аналоговые фильтры и обработка сигналов, цифровые фильтры и обработка сигналов, статистическая обработка сигналов, мультимедиа, автоматизированное проектирование. , теория графов, нейронные системы, схемы и системы связи, а также обработка сигналов СБИС.

Редакционная коллегия является международной, и статьи приветствуются со всего мира. Журнал посвящен в основном исследовательским статьям, но также публикуются обзорные, пояснительные и учебные статьи.

Схемы, системы и обработка сигналов (CSSP) публикуется двенадцать раз в год

Библиографические данные
Впервые опубликовано в 1981 г.
1 том в год, 12 выпусков в томе
Формат: 15,5 x 23,5 см
ISSN 0278-081X (печатный)
ISSN 1531-58078 (электронный)

7 Коэффициент математического цитирования AMS (MCQ): 0.08 (2020)

  • Включает в себя важные исследовательские работы и современные обзорные статьи
  • Тематический охват варьируется от математических основ до практического инженерного проектирования
  • Рассматриваются такие темы, как линейные и нелинейные сети, распределенные схемы и системы, многомерные сигналы и системы , аналоговый фильтр и обработка сигналов
  • 100% авторов, принявших участие в опросе, сообщили, что они обязательно опубликуют или, вероятно, опубликуют в журнале еще раз

Аналоговый vs.Цифровые сигналы | План урока

Вы помните времена кассетных лент, видеомагнитофонов и аналоговых телевизоров? Если да, то вы наверняка помните нечеткие картинки и звук статики (рис. 1). Новые технологии, такие как CD, DVD, Blu-Ray и цифровые телевизоры, по-видимому, лишены этих проблем, но почему? Это происходит из-за важного различия между аналоговыми и цифровыми сигналами. В этом разделе дается обзор того, что такое аналоговые и цифровые сигналы и чем они отличаются.

Во-первых, мы будем использовать пример, с которым вы знакомы из своей повседневной жизни, особенно как учитель: письмо.У вас, вероятно, есть ученики с неряшливым почерком и некоторые с «идеальным» почерком. Но даже если вы попросите ученика с «идеальным» почерком написать одну и ту же букву алфавита снова и снова, никакие две буквы не будут в точности одинаковыми (рис. 2). Рукописные буквы аналогичны , то есть они могут постоянно меняться. Положение кончика карандаша и то, насколько сильно вы нажимаете на бумагу, всегда будет слегка меняться, когда вы пишете, даже если это будет очень небольшая величина.Это может привести к небольшим изменениям положения или толщины линии. И наоборот, попробуйте несколько раз набрать одну и ту же букву на компьютере. Каждый экземпляр буквы будет выглядеть точно одинаково. Эти буквы цифровые , что означает, что они не могут непрерывно меняться — они могут принимать только дискретный (или конечный) набор значений. На экране вашего компьютера конечное число пикселей, и (при условии, что мы печатаем черный текст на белом фоне) каждый пиксель будет либо черным, либо белым.Таким образом, для фиксированного шрифта каждая копия одной и той же буквы будет выглядеть одинаково.

Итак, что мы подразумеваем под «сигналом»? Сигнал может быть любым способом передачи информации на расстояние. У людей было много способов сделать это до появления современной электроники (например, дымовые сигналы, маяки, сигнальные огни, барабаны/рожки и т. д.). В наше время, когда мы говорим о сигналах, мы обычно имеем в виду электронные сигналы, которые либо передаются по проводам, либо беспроводным способом по воздуху в виде электромагнитных волн.Если вы когда-либо подключали игровую приставку к телевизору с помощью видеокабеля или подключали свой телефон/ноутбук к Wi-Fi, то вы видели, как эти устройства используют электронные сигналы для отправки информации.

Как и в нашем примере с рукописным вводом, значение аналогового сигнала может непрерывно изменяться. Что это значит? Это помогает визуализировать сигналы с помощью графика, на котором ось X — это время, а ось Y — значение сигнала, как на рис. 3 (для наших целей здесь мы не будем беспокоиться о единицах измерения по оси Y, поскольку они зависят от конкретного типа сигнала).График «волнистый», а значение y (в этом примере) может быть любым от 0 до 1.

Цифровой сигнал может принимать только определенные дискретные значения. В своей простейшей форме сигнал может быть двоичным , что означает, что он может принимать только два значения: высокое или низкое (также называемое вкл/выкл, истина/ложь или единица/ноль). Опять же, мы можем визуализировать это с помощью графика, как на рис. 4. Этот график представляет собой «прямоугольную волну» — значение y равно 0 или 1, но не между ними.

Итак, что важно в этой разнице? Все электронные сигналы подвержены шуму (имеется в виду электронный шум, не обязательно тот, который можно услышать ушами), который может повлиять на качество сигнала. Шум может быть вызван другими расположенными поблизости электронными устройствами, передачей сигналов на очень большие расстояния или повторным копированием сигнала. На рисунках 5 и 6 показаны наши примеры аналоговых и цифровых сигналов с добавлением шума.

Посмотрите на рисунки 5 и 6. Можете ли вы догадаться, почему цифровые сигналы лучше подходят для хранения или передачи информации? Даже с добавленным шумом вы все равно можете четко сказать, является ли какая-либо точка в цифровом сигнале помехой. «высокий» или «низкий» (т.грамм. значение 0,93 или 1,1 по оси y по-прежнему считается «высоким», даже если оно не совсем равно 1,0). Однако добавление шума делает невозможным восстановление точных исходных значений аналогового сигнала. Например, на рис. 3 в момент времени = 1 секунда значение y графика равно точно 0,5. Но на рисунке 5 с добавленным шумом значение y в момент времени = 1 секунда равно 0,54 – значение изменилось! Нет никакого способа узнать, что исходное значение должно было быть точно 0,5.

Теперь представьте, что аналоговый сигнал передается по кабелю от видеомагнитофона к телевизору, а значение y представляет собой яркость пикселя на экране.Если это значение подвержено шуму (а это происходит для всех пикселей, а не только одного из них), это приведет к нечеткому или искаженному изображению. Однако для цифрового сигнала все 1 и 0 поступают без изменений (они никогда не «переворачиваются» на противоположное значение), поэтому данные вообще не искажаются.

Может показаться, что вашим ученикам предстоит усвоить много информации, но не беспокойтесь. Вы начнете урок с чего-то гораздо более удобного для учащихся: рисования и калькирования.Они увидят, как трассировка чего-либо, нарисованного от руки на бумаге для принтера (аналоговая, поскольку линия может непрерывно меняться), сравнивается с трассировкой чего-либо, нарисованного на миллиметровой бумаге, путем заполнения квадратов (цифровой, поскольку каждый квадрат может быть только одним из двух значений — заполненным или пустой). Затем вы будете использовать мобильный телефон и сенсорное приложение, чтобы поэкспериментировать с отправкой аналоговых и цифровых сигналов в классе и посмотреть, как на них влияет шум.

Подготовительная работа (15 минут)

Задействовать (20 минут)

Исследовать (20 минут)

Отражение (5 минут)

Оценить

Наладьте карьерные связи

Варианты плана урока

Сигналы и системы | Блестящая математика и естественные науки вики

Весь мир сигналов можно сгруппировать в классы, каждый из которых имеет важные свойства.Кроме того, эти классы имеют противоположные классы. Например, противоположностью непрерывному сигналу является дискретный сигнал. Сигнал может быть определен с использованием нескольких классов, если не используются два противоположных класса.

Непрерывные и дискретные сигналы

Непрерывные сигналы — это сигналы, для которых значение сигнала определяется на каждом временном интервале. Это очень похоже на сигналы, описанные в предыдущем разделе.

Дискретные сигналы — это сигналы, для которых значение сигнала определяется только в дискретные моменты времени, например, может быть каждую секунду.График сигнала дискретного времени выглядит так:

Сигнал дискретного времени (красные стрелки) и сигнал непрерывного времени (серая линия) [2]

Существует важная математика, связанная с переводом между непрерывными сигналами и дискретными сигналами. Часто выборка используется для преобразования непрерывных сигналов, встречающихся в реальном мире, в дискретные сигналы, используемые при анализе сигналов. Изменение домена вашего сигнала, как и в случае преобразования непрерывного сигнала в дискретный, часто используется при обработке сигналов.

Детерминированные и недетерминированные сигналы

Детерминированные сигналы — это сигналы, для которых нет неопределенности в отношении их значения в любой момент времени. Любой сигнал, который можно определить с помощью математической формулы, такой как функция единичного шага, является детерминированным.

Недетерминированные сигналы имеют элемент случайности в своих значениях и поэтому не могут быть определены с помощью какой-либо четко определенной математической формулы. Вместо этого они моделируются с использованием вероятностных формул.

Четные и нечетные сигналы

Сигнал является четным, если он удовлетворяет уравнению f(t)=f(−t)f(t) = f(-t)f(t)=f(−t). Другими словами, четные функции симметричны относительно оси yyy. Сигнал является нечетным, если он удовлетворяет уравнению f(t)=-f(-t)f(t) = -f(-t)f(t)=-f(-t). Другими словами, по оси yyy сигнал отражается по оси xxx. Например, cos⁡(t)\cos(t)cos(t) — четный сигнал, а sin⁡(t)\sin(t)sin(t) — нечетный сигнал.

Сигнал может быть четным или нечетным ; или это может быть ни то, ни другое, как большинство.

Четный сигнал [3]

Нечетный сигнал [3]

Периодические и апериодические сигналы

Сигнал является периодическим, если он удовлетворяет уравнению f(t)=f(t+T)f(t) = f(t+T)f(t)=f(t+T), где TTT — основное время период. На самом деле это означает, что если сигнал f(t)f(t)f(t) повторяется каждый раз TTT, он является периодическим. Апериодическая функция не повторяется.Примером периодического сигнала является любой синусоидальный сигнал, такой как cos⁡(x)\cos(x)cos(x). Примером апериодического сигнала является единичный импульсный сигнал. Он сигнализирует о импульсе в f(0)f(0)f(0), но потом ничего.

Действительные и мнимые сигналы

Сигнал является действительным, если в каждый момент времени его значение на 100 % действительное, а мнимая единичная часть равна нулю. И наоборот, сигнал является мнимым, если его значение полностью мнимое в каждый момент времени.

Ценность цифровой обработки сигналов

Тем, кто не часто занимается защитой органов слуха, может быть незнаком термин «цифровая обработка сигналов».Цифровая обработка сигналов, также известная как DSP, используется только элитными компаниями, производящими гарнитуры, для создания безопасной работы в неестественно громкой рабочей среде. Те, кто рассматривает возможность покупки гарнитуры, могут подумать о важности цифровой обработки сигналов и о том, как она влияет на эффективность общей производительности гарнитуры.

Что такое цифровая обработка сигналов?

DSP часто путают с реальными цифровыми системами. Оба эти термина относятся к разным понятиям.Цифровая обработка сигналов немного более абстрактна по своей природе, чем реальные цифровые системы. Цифровая система — это аппаратное обеспечение, двоичный код или цифровой домен. Общая путаница между этими двумя терминами может быть связана с тем, что они оба настолько переплетены. DSP можно выполнять практически на любой цифровой платформе, но некоторые системы специально разработаны для DSP.

Цифровая обработка сигналов, которой здесь уделяется основное внимание, может быть определена довольно просто как обработка сигнала в цифровой области для анализа, измерения и обработки указанного сигнала с использованием математических вычислений.Цифровая обработка сигналов включает в себя обмен информацией, чтобы указанную информацию можно было наблюдать, анализировать или преобразовывать в отдельную форму сигнала. Как вы понимаете, это происходит очень быстро — весь процесс даже не замечается пользователем. Тем не менее, цифровая обработка сигналов является важным элементом хорошей гарнитуры.

Компоненты цифровой обработки сигналов

Есть несколько различных «частей», которые составляют успешную систему DSP:

  • Ввод и вывод.Это интерфейс к физическому миру и другим устройствам. Короче говоря, аналоговые сигналы преобразуются в цифровые, обрабатываются, а затем преобразуются обратно в аналоговый домен, чтобы снова взаимодействовать с пользователями гарнитуры.
  • Чип
  • DSP. «Мозг» DSP-системы. Здесь выполняются все необходимые расчеты и алгоритмы.
  • Память. Здесь хранятся алгоритмы DSP.
  • Память программ. Как и любая программа памяти, память программ DSP хранит программы, необходимые для преобразования данных.
  • Компьютерный движок. Это часть DSP, которая вычисляет все математические функции, которые имеют место во время связи.
  • Память данных. Место для хранения любой информации, которая может потребоваться для обработки.

Почему важна цифровая обработка сигналов?

Цифровая обработка сигналов

важна, потому что она значительно повышает общую ценность защиты органов слуха. В отличие от пассивной защиты, DSP подавляет шум, не блокируя речевой сигнал.Очевидно, что это очень важный аспект защиты слуха пользователя, особенно когда пользователи работают в промышленных условиях. Системы DSP защищают пользователей от воздействия нездорового шума без ущерба для связи. Вот еще несколько причин, по которым DSP ценен:

  • Мощность. Сигналы реального мира преобразуются в область, в которой затем применяются абстрактные научные и математические модели. Результатом является мощная система обработки.
  • Информация. Информация может использоваться для усиления или улучшения желаемых аспектов сигнала или даже для уменьшения нежелательных аспектов.
  • Адаптация. DSP обрабатывает информацию адаптивно. Эта концепция обязательна в динамических приложениях, таких как звук и речь, особенно в промышленных условиях.
  • Гибкость. DSP обеспечивает гибкость. Изменения, обновления, настройки и многие другие функции доступны при внедрении систем DSP.
  • Эффективность. DSP позволяет пользователям выполнять работу эффективно, практически и с минимальными затратами.

Где используется цифровая обработка сигналов?

Цифровая обработка сигналов

используется повсеместно.DSP используется в основном в областях звукового сигнала, обработки речи, RADAR, сейсмологии, аудио, SONAR, распознавания голоса и некоторых финансовых сигналов. Например, цифровая обработка сигналов используется для сжатия речи для мобильных телефонов, а также для передачи речи на мобильные телефоны. DSP также используется в элитном гарнитурном оборудовании для защиты пользователей от повреждения слуха; здесь одинаково важна та же концепция подавления и усиления. Ведущие отрасли в области защиты слуха и связи на рабочем месте, такие как Sensear, используют цифровую обработку сигналов для обеспечения безопасного и качественного общения.Другие приложения включают манипулирование файлами Mp3, компьютерную графику, МРТ и даже усилители для некоторых электрогитар.

Целью цифровой обработки сигналов, как упоминалось ранее, является фильтрация аналоговых сигналов из текущего времени и пространства. Он используется в большом количестве технологического оборудования, но является особенно важным аспектом коммуникационного оборудования для подавления шума и улучшения голоса. Чтобы узнать больше о важности цифровой обработки сигналов, свяжитесь со специалистами Sensear.


Поток обработки сигналов и информации

Технологии, которые мы используем и даже на которые полагаемся в нашей повседневной жизни — компьютеры, радиоприемники, видеокамеры, сотовые телефоны, беспилотные транспортные средства, дроны — обеспечиваются обработкой сигналов и информации, раздел электротехники, который моделирует и анализирует представления данных о физических событиях. Обработка сигналов и информации лежит в основе нашего современного мира, обеспечивая сегодняшние развлечения и технологии завтрашнего дня.Он находится на пересечении биотехнологии и социальных взаимодействий. Это повышает нашу способность общаться и обмениваться информацией между людьми, между людьми и машинами или между машинами. Обработка сигналов и информации лежит в основе каждого аспекта нашей цифровой жизни.

За последние шесть десятилетий типы сигналов и функции, на которых сосредоточилась эта отрасль науки, расширились и теперь включают радиолокационные сигналы, геофизические сигналы, аудио, речь, музыку, изображения, видео, 3D-графику, данные социальных сетей, биомедицинские данные, биосигналы и многое другое.Датчики передают данные в модуль обработки сигналов и информации, который интерпретирует собранные данные и обеспечивает визуализацию, анализ, манипулирование и контроль для инженера SIP. Дисциплина включает в себя несколько приложений математики и принципов электротехники для представления сигналов и информации способами, которые выгодны для данного приложения. В современных приложениях вы найдете SIP в своем мобильном телефоне, представляющем ваши изображения и видео с помощью сжатия и аналитики, в автономных транспортных средствах, обеспечивающих понимание окружающей среды для безопасного и эффективного вождения машинами, в медицинских учреждениях, визуализирующих наши тела и мозг, в энергетических компаниях и во всех социальных сетях.Обработка сигналов и информации является основой современного искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения, ранее известного как распознавание образов. Делились ли вы сегодня «о чем думаете» с друзьями в социальных сетях или общались в видеочате с семьей? Это всего лишь два из многих способов, которыми мы ежедневно используем машинное обучение. Машинное обучение и SIP объединяют математику, информатику и статистику для использования предсказательную силу и предоставляют технологии, лежащие в основе других приложений, включая обнаружение мошенничества с кредитными картами, медицинскую диагностику, анализ фондового рынка, распознавание речи и понимание видео.

Пример родственной карьеры:

  • Бытовая электроника и оборудование (Texas Instruments, Intel, IBM, Apple, Samsung, Nvidia и т. д.)
  • Автономные транспортные средства (Ford Motor Company, Tesla, GM, BMW и т. д.)
  • Связь, 5G/6G (AT&T, Verizon, Qualcomm, Broadcom и т. д.)
  • Энергетика (нефтегазовые компании, GE, Siemens, компании, занимающиеся интеллектуальными сетями, и т. д.)
  • Социальные сети (Facebook, Twitter и т. д.)
  • Авиация (SpaceX, JPL, NASA, Boeing, Airbus и т. д.)
  • Игры (Sony, Wii, EA Sport и т. д.)
  • Службы доставки контента и потоковой передачи (Netflix, Hulu, YouTube, Google и т. д.)
  • Музыка, звук и аудио (Bose, Apple, JBL, SONY и т. д.)
  • Защита (DoD, GTRI, Boeing, Lockheed Martin и т. д.)
  • Государственные лаборатории (USGS, FCC, NIST, NOAA и NWS, а также Министерство обороны США и другие секретные работы по национальной безопасности)
  • Робототехника и медицинская робототехника (Boston Dynamics, iRobot, Raytheon, Amazon Robotics, Accuray)
  • Умные города (несколько компаний в районе метро Атланты и по всей стране)
  • Дистанционное зондирование (несколько компаний)

 

 

Обработка сигналов и информации

Обязательно

ECE 2026 — вводная обработка сигналов (часть общего ядра EE; необходимо добавить для CmpE) 3
ECE 3084 — Сигналы и системы 3

ECE 4270 — Основы DSP

3

Выбор 1 обработки сигналов и информации

ECE 4271 — Применение DSP

4

ECE 4260 — Случайные сигналы и приложения

3

ECE 4273 — Разработка синтеза процессоров сигналов для конкретных приложений

3

ECE 4122 — Передовые методы программирования для инженерных приложений

3

ECE 4783 — Введение в обработку медицинских изображений

3

ECE 4180 — Дизайн встроенных систем

4

Выберите ECE 3000/4000 Elective

 
ECE 3000/4000 Дополнительный 3

EE 113 Обзор курса | MSOL

EE 113 Обзор курса

 
EE113 Цифровая обработка сигналов

Этот курс рекомендуется для студентов, изучающих обработку сигналов и связь или другие дисциплины, такие как наука о данных.Студенты учатся осваивать богатый и широкий спектр инструментов и концепций, связанных с анализом и пониманием сигналов и систем в области дискретного времени.

Описание курса

Курс охватывает основы анализа сигналов и систем в области дискретного времени. Эти типы сигналов и систем преобладают в цифровом мире, в котором мы живем, где сигналы (например, речевые сигналы, сигналы связи или биомедицинские сигналы) часто дискретизируются и сохраняются в цифровой форме.Сигналы с дискретным временем также могут возникать естественным образом (например, тренды финансовых данных, уровни месячных осадков или тренды населения). Системы с дискретным временем оперируют сигналами и преобразуют их из одной формы в другую (например, устраняют фоновый шум из речевого сигнала, преобразовывают женскую речь в похожую на мужскую речь, прогнозируют траекторию движения объекта и т. д.). сигналы и извлекать информацию из сигналов. В этом классе вы узнаете, как анализировать сигналы и системы в трех областях: во временной области, в области преобразования и в частотной области.В частности, курс охватывает темы, связанные со свойствами сигналов и систем, линейной и круговой сверткой, разностными уравнениями, z-преобразованием и его свойствами, передаточными функциями, дискретно-временным преобразованием Фурье (ДВПФ) и его свойствами, дискретным преобразованием Фурье (ДПФ). ) и его свойства, а также выборку и реконструкцию. Курс рассматривает наглядные примеры, связанные с углеродным датированием древних артефактов, устранением помех 60 Гц, проектированием осцилляторов, кнопочной телефонией, концепцией обратной связи, фильтрацией, эхоподавлением, сэмплированием и алиасингом.

Учащимся, занимающимся базовым образованием, понадобится номер

.

Рекомендуется, чтобы учащиеся были знакомы с изучением сигналов и систем с непрерывным временем, включая концепции свертки, моделей дифференциальных уравнений, преобразования Лапласа и преобразования Фурье. Хотя эти концепции будут редко использоваться в курсе, студенты смогут лучше оценить аналогию (и расхождения) между областями дискретного и непрерывного времени.

ТЕМЫ

Фундаментальные последовательности, периодические последовательности, последовательности энергии и мощности, системы с дискретным временем и свойства, линейные инвариантные во времени (LTI) системы, БИХ- и КИХ-фильтры, последовательности импульсной характеристики, линейная и круговая свертка, однородные разностные уравнения, нулевой вход и решения с нулевым состоянием, решение разностных уравнений, z-преобразование, обратное z-преобразование, одностороннее z-преобразование, передаточные функции, дискретное преобразование Фурье (DTFT), частотная характеристика, цифровые фильтры, дискретное преобразование Фурье (DFT), быстрое преобразование Фурье Преобразование (БПФ), выборка и условие Найквиста, выборка и реконструкция, алиасинг.

Волны MS-PS4-3 и их применение в технологиях передачи информации

Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

МС-ПС4-3. [Уточняющее заявление: Акцент делается на базовом понимании того, что волны могут использоваться для целей связи. Примеры могут включать использование оптоволоконного кабеля для передачи импульсов света, импульсов радиоволн в устройствах Wi-Fi и преобразование сохраненных двоичных шаблонов для воспроизведения звука или текста на экране компьютера.] [ Граница оценки: Оценка не включает двоичный подсчет. Оценка не включает конкретный механизм любого данного устройства. ]
Представленные выше ожидаемые результаты были разработаны с использованием следующих элементов документа NRC A Framework for K-12 Science Education :

Научная и инженерная практика

Получение, оценка и передача информации

Получение, оценка и передача информации в 6-8 основывается на К-5 и переходит к оценке достоинств и обоснованности идей и методов.

  • Объединить качественную научно-техническую информацию в письменном тексте с информацией, содержащейся в средствах массовой информации и на визуальных дисплеях, для уточнения утверждений и выводов.

Ключевые дисциплинарные идеи

PS4.C: Информационные технологии и приборостроение

Сквозные концепции

Структура и функция

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Связь с инженерией, технологиями и приложениями науки

 

Влияние науки, техники и технологий на общество и мир природы

  • Технологии расширяют возможности измерений, исследований, моделирования и вычислительных возможностей научных исследований.
— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Связь с природой науки

 

Наука – это человеческое усилие

  • Технический прогресс влияет на прогресс науки, а наука влияет на технический прогресс.

Соединения с другими DCI в этом диапазоне оценок: N/A

Артикуляция DCI по классам:

4.PS4.C ; HS.PS4.A ; HS.PS4.C

Соединения общих стандартов основного состояния:

Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

МС-ПС4-3. [Уточняющее заявление: Акцент делается на базовом понимании того, что волны могут использоваться для целей связи.Примеры могут включать использование оптоволоконного кабеля для передачи световых импульсов, импульсов радиоволн в устройствах Wi-Fi и преобразование сохраненных двоичных шаблонов для воспроизведения звука или текста на экране компьютера.] [ Границы оценки: Оценка не включает двоичный счет. Оценка не включает конкретный механизм любого данного устройства. ]
Представленные выше ожидаемые результаты были разработаны с использованием следующих элементов документа NRC A Framework for K-12 Science Education :

Научная и инженерная практика

Получение, оценка и передача информации

Получение, оценка и передача информации в 6-8 основывается на К-5 и переходит к оценке достоинств и обоснованности идей и методов.

  • Объединить качественную научно-техническую информацию в письменном тексте с информацией, содержащейся в средствах массовой информации и на визуальных дисплеях, для уточнения утверждений и выводов.

Ключевые дисциплинарные идеи

PS4.C: Информационные технологии и приборостроение

Сквозные концепции

Структура и функция

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Связь с инженерией, технологиями и приложениями науки

 

Влияние науки, техники и технологий на общество и мир природы

  • Технологии расширяют возможности измерений, исследований, моделирования и вычислительных возможностей научных исследований.
— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Связь с природой науки

 

Наука – это человеческое усилие

  • Технический прогресс влияет на прогресс науки, а наука влияет на технический прогресс.

Соединения с другими DCI в этом диапазоне оценок: N/A

Артикуляция DCI по классам:

4.PS4.C ; HS.PS4.A ; HS.PS4.C

Соединения общих стандартов основного состояния:

Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

МС-ПС4-3. [Уточняющее заявление: Акцент делается на базовом понимании того, что волны могут использоваться для целей связи.Примеры могут включать использование оптоволоконного кабеля для передачи световых импульсов, импульсов радиоволн в устройствах Wi-Fi и преобразование сохраненных двоичных шаблонов для воспроизведения звука или текста на экране компьютера.] [ Границы оценки: Оценка не включает двоичный счет. Оценка не включает конкретный механизм любого данного устройства. ]
Представленные выше ожидаемые результаты были разработаны с использованием следующих элементов документа NRC A Framework for K-12 Science Education :

Научная и инженерная практика

Получение, оценка и передача информации

Получение, оценка и передача информации в 6-8 основывается на К-5 и переходит к оценке достоинств и обоснованности идей и методов.

  • Объединить качественную научно-техническую информацию в письменном тексте с информацией, содержащейся в средствах массовой информации и на визуальных дисплеях, для уточнения утверждений и выводов.

Ключевые дисциплинарные идеи

PS4.C: Информационные технологии и приборостроение

Сквозные концепции

Структура и функция

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Связь с инженерией, технологиями и приложениями науки

 

Влияние науки, техники и технологий на общество и мир природы

  • Технологии расширяют возможности измерений, исследований, моделирования и вычислительных возможностей научных исследований.
— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Связь с природой науки

 

Наука – это человеческое усилие

  • Технический прогресс влияет на прогресс науки, а наука влияет на технический прогресс.

Соединения с другими DCI в этом диапазоне оценок: N/A

Артикуляция DCI по классам:

4.PS4.C ; HS.PS4.A ; HS.PS4.C

Соединения общих стандартов основного состояния:

* Ожидаемые результаты, отмеченные звездочкой, объединяют традиционное научное содержание с инженерным делом посредством основной идеи практики или дисциплины.

Раздел, озаглавленный «Основные дисциплинарные идеи», дословно воспроизводится из  Структура естественнонаучного образования K-12: практика, сквозные концепции и основные идеи .

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.