Дискретизация информации
💻 Информатика · 7 класс
Почему компьютер работает только с дискретными данными и как непрерывный сигнал превращают в числа.
Непрерывное и дискретное
Окружающий мир наполнен непрерывными величинами: время течёт плавно, температура меняется без скачков, звук — это непрерывные колебания воздуха. Однако компьютер устроен иначе: он работает только с отдельными, чётко различимыми значениями. Такие данные называют дискретными.
Дискретизация — это преобразование непрерывной информации в дискретную форму, то есть в набор отдельных значений. Без дискретизации компьютер не смог бы хранить ни звук, ни изображение, ни показания датчиков.
Как происходит дискретизация
Чтобы превратить непрерывный сигнал в дискретный, его измеряют не постоянно, а через равные промежутки. Каждое измерение даёт одно число. Чем чаще производятся измерения, тем точнее дискретная копия повторяет исходный сигнал, но тем больше получается данных.
Непрерывная кривая температуры за день
|
v измеряем каждый час
9:00 -> 15 градусов
10:00 -> 17 градусов
11:00 -> 19 градусов
...
Получили таблицу из отдельных (дискретных) значений.Где применяется дискретизация
| Что дискретизируют | Непрерывный сигнал | Дискретный результат |
|---|---|---|
| Звук | Колебания воздуха | Числа — отсчёты громкости |
| Изображение | Плавные переходы цвета | Точки (пиксели) с кодами цвета |
| Температура | Плавное изменение | Замеры в моменты времени |
Связь с другими темами
Дискретизация лежит в основе кодирования звука (звук разбивают на отсчёты) и графики (изображение разбивают на точки). После дискретизации каждое значение кодируют двоичным числом, и компьютер может хранить и обрабатывать данные.
Частые ошибки. Не думайте, что дискретная копия точно совпадает с оригиналом: между измерениями информация теряется. Чем реже измерения, тем грубее результат. Дискретизация и кодирование — это разные шаги: сначала сигнал разбивают на значения, затем эти значения записывают в двоичном виде.
Точность и объём данных
При дискретизации приходится искать равновесие между точностью и объёмом. Если измерять сигнал очень часто, дискретная копия почти не отличается от оригинала, но файл получается большим. Если измерять редко, файл маленький, но качество хуже. Например, при грубой дискретизации плавной мелодии звук становится рваным, а изображение с малым числом точек выглядит размытым и «ступенчатым».
| Частота измерений | Точность копии | Объём данных |
|---|---|---|
| Высокая | Высокая | Большой |
| Низкая | Низкая | Маленький |
Почему компьютер работает с дискретными данными
Внутри компьютера информация хранится в виде нулей и единиц — это два чётко различимых состояния. Непрерывную величину невозможно точно записать конечным числом нулей и единиц, поэтому любой сигнал сначала превращают в набор отдельных значений. Дискретная форма надёжнее: небольшие помехи не мешают отличить ноль от единицы, тогда как непрерывный сигнал легко исказить.
Кратко о главном
- Непрерывные величины меняются плавно, дискретные принимают отдельные значения.
- Дискретизация — это преобразование непрерывного сигнала в набор отдельных значений.
- Сигнал измеряют через равные промежутки; чаще измерения — точнее копия и больше данных.
- Дискретизация применяется для звука, изображений, показаний датчиков и предшествует кодированию.