Репортаж с ничейной земли. Рассказы об информации

Голос, собранный по частям

Чтобы не загружать каналы связи ненужными «грузами», жители Нового Города решили подвергнуть проверке все сообщения и все способы их передачи. И оказалось, что каждое сообщение содержит в себе «избыточный груз».

Студия телевидения транслирует новый спектакль. Казалось бы, что может быть лишнего в такой передаче? На экран попадает лишь то, что происходит на сцене. Но люди Нового Города и здесь находят «избыточный груз». Они рассуждают так. На сцене действуют только актеры. А декорации в течение всего акта остаются на месте. И это можно предвидеть заранее, потому что лишь в редких случаях сквозь стены проникают на сцену мифические персонажи или декорации передвигаются раньше, чем начнется антракт. Так есть ли смысл без конца сообщать о том, что пол, потолок, стены и мебель остаются на прежних местах? Может быть, достаточно в первый момент передачи отделить неподвижную часть кадра и, запомнив все декорации, сообщать только то, что действительно является новым?

Оказывается, достаточно. И сигнал от этого станет намного «компактней», потому что он будет нести в себе только то, что заранее нам неизвестно. В канале, который раньше предназначался для передачи одной программы, уместится несколько лишенных избыточности телевизионных программ.

И с каналами телефонной связи можно поступить точно так же: передавать сразу 6 разговоров там, где раньше умещался один. Потому что вместо полного диапазона частот, содержащихся в человеческом голосе, можно передавать только определенную часть. Правда, голос при этом исказится настолько, что трудно будет узнать даже близких знакомых. Но разборчивость речи не пострадает. Значит, по такому каналу можно с успехом передать сводку выполнения плана, газетный текст или служебный отчет. А потеря оттенков голоса будет в данном случае лишь избавлением от излишеств.

Но жители Нового Города решили, что и в этом лишенном оттенков голосе остается много «лишнего груза». Избыточность можно сделать значительно меньше, если научиться «разбирать голос на части», то есть выделять из него сигналы различных частот. Вместо этих сигналов гораздо выгоднее передавать по каналу связи только сигналы-команды. Эти команды будут приводить в действие специальные генераторы, установленные на приемном конце линии связи, и управлять их сигналами. От изменения голоса абонента будут меняться команды, а вместе с ними частоты и уровни вырабатываемых генераторами сигналов. Сложив эти сигналы, вы получите искусственный голос - голос, «собранный по частям». Несмотря на сложность этой системы, она вполне оправдает себя тем огромным количеством сведений, которые можно по ней передать.

И все же возможность ее весьма ограничена. Такая система хороша до тех пор, пока важен лишь смысл переданных слов. Ну, а если передается художественное слово? Что останется от произведения, если вместо живых, выразительных интонаций актера вы услышите монотонный механический голос - голос, собранный по частям?

Опять всплывает понятие «ценности». Никак от него не избавиться - гонишь его в дверь, оно лезет в окно.

При передаче живой речи актера все звуковые оттенки несут ценную информацию. Значит, необходимо сохранить все изменения силы (уровня) звука и весь диапазон частот. А при передаче цифровых показателей или сводки погоды интонации ценности не представляют. Поэтому в специальных каналах их отметают как ненужный, избыточный груз.

Но даже такой, лишенный всяких оттенков искусственный голос создать вовсе не просто, потому что он состоит из огромного множества различных сигналов, или, как говорят инженеры связи, имеет «очень богатый спектр». Впрочем, к понятию спектра нам придется еще вернуться, потому что в теории информации око играет немаловажную роль.

ГЛАВА 4. НА ГРАНИ ФАНТАСТИКИ

Сигналы из космоса

Статьи по теории информации, публикуемые в специальных журналах, рассчитаны на подготовленного читателя, и их нельзя читать с такой же легкостью, как, скажем, повесть или рассказ. Но тот, кто имеет необходимую подготовку, будет читать их с захватывающим интересом. За длинными строчками уравнений он уловит черты современности, напряженный ритм нашей эпохи, четкие действия автоматов, способных производить сложные вычисления, управлять производством, переводить иностранные тексты и выводить на орбиту космические корабли.

Трудно сказать, что здесь кому помогает: теория практике или наоборот. Несомненно, что без теории информации нельзя было бы сконструировать систему связи для управления полетом ракеты. Но с такой уверенностью можно говорить и о том, что теория информации не развивалась бы столь стремительно, если бы не возникла нужда в создании подобных систем.

Чтобы опустить воздушного змея, надо тянуть за ниточку, которая связывает его с землей. Космический корабль может покинуть орбиту и вернуться на Землю, если передать по радио соответствующую команду. Значит, подобно воздушному змею, он связан с Землей невидимой нитью, носящей название «информация».

Казалось бы, осуществить подобную связь не так уж сложно. На Земле - передатчик, на борту - специальный приемник. Когда на вход приемника поступят сигналы, он их усилит, и они смогут включить автомат, осуществляющий спуск.

Однако если учесть, что, помимо команды спуска, на корабль подаются другие команды, управляющие приборами и автоматами, установленными на борту, задача станет намного сложнее. В этом отношении корабль похож н-е на змея, а на куклу-марионетку, которую с помощью нескольких нитей заставляют проделывать множество разнообразных движений.

А с борта корабля поступают на Землю другие сигналы. В них содержатся сообщения о давлении и температуре в специальном контейнере, о космической радиации, о распыленных в пространстве частицах материи и о магнитном поле Земли. Во время полета эти сигналы следуют непрерывно, и каждый из них должен быть принят наземной станцией и направлен в отведенный ему канал. Так возникает многоканальная связь.

Самый простой канал связи состоит из передатчик ка и приемника, настроенных на одну частоту. Но космическая станция обеспечивает одновременную передачу по десяткам различных каналов. Как это достигается? Нельзя же установить на борту корабля двадцать передатчиков, работающих на двадцати различных частотах? Такая система была бы слишком громоздкой и совершенно неприемлемой для космических станций, при конструировании которых необходимо экономить каждый грамм веса. Вот здесь-то теория информации и приходит на помощь технике связи.

Шаг за шагом

Чтобы представить себе, как велика роль теории информации в решении проблем, выдвигаемых нашей эпохой, надо внимательно проследить весь путь создания многоканальных систем. Вот почему отбросим на время общие рассуждения и займемся конкретным делом: спроектируем радиостанцию для связи с космическим кораблем. А поскольку мы с вами еще не покинули Нового Города, то воспользуемся его лабораториями и цехами, где быстро и точно могут изготовить аппаратуру по нашим схемам и чертежам. Затем с космодрома Нового Города взлетит на орбиту новый корабль, и мы сможем принять сигналы из космоса и прочесть по ним, как протекает полет.

Как приступить к решению этой задачи? Прежде всего мы должны подумать о том, как перевести все сообщения, передаваемые из космоса, на один общий язык - язык радиосигналов. Для этих целей современная техника применяет специальные датчики - устройства, превращающие все интересующие нас величины в электрический ток.

Если включить в электрическую цепь сопротивление, величина которого зависит от температуры, ток в этой цепи будет изменяться вместе с температурой. Это простое устройство может служить датчиком температуры.

Для измерения давления мы используем специальный конденсатор, одна пластина которого представляет собой гибкую мембрану. С увеличением давления емкость конденсатора будет расти, потому что, прогибаясь, мембрана уменьшает зазор. Подобное устройство сможет служить еще и датчиком сообщений о количестве метеоритов, удары которых будут чувствительными для гибкой мембраны.