KRÓTKA HISTORIA WYNALAZKU

Historia tego wynalazku jest dosyć krótka. W 1970 roku firma Phi­lips rozpoczęła prace nad płytową rejestracją obrazów telewizyjnych. Już w 1972 roku zaprezentowano laboratoryjny model dyskowidu, ale wobec sukcesów systemu magnetowidowego zaprzestano prac. Do­piero w 1978 roku Phillips, po nawiązaniu współpracy z firmą Sony, opracował zasady nowego systemu przetwarzania sygnałów fonicz­nych. Jeżeli tradycyjna płyta nieźle odtwarza głośną muzykę bigbito- wą, znacznie gorzej nadaje się do odtwarzania muzyki symfonicznej, gdzie często urok utworu polega na przechodzeniu od forte do piano. Natomiast CD jest wręcz idealna do odtwarzania muzyki poważnej. Nawiasem: firma Sony przekonała swego europejskiego partnera, że płyta kompaktowa powinna zawierać 75 minut muzyki, zamiast pro­ponowanych przez Philipsa 60 minut. Wspomina prezes Akio Merita: „chodziło o to, aby można było nagrać Dziewiątą Symfonię Beethove- na na jednej płycie. Dziewiąta bowiem ma specjalne znaczenie dla Ja­pończyków, gdyż tradycyjnie jest grana na powitanie Nowego Roku”. Współpraca Philipsa i Sony dała doskonałe rezultaty. W 1980 ro­ku pokazano publicznie dyskofon, a w 1982 roku ukazały się pierw­sze nagrania cyfrowe na płytach kompaktowych. Od tej chwili system CD stał się standardem światowym, a dyskofony zrobiły za­wrotną karierę. Ich cena z 1,5 tysiąca dolarów, spadła w roku 1985 do 150 dolarów, a cena płyty kompaktowej z 20 do kilku dolarów.

MOC LASERA

Moc lasera może być bardzo różna, od kilku miliwatów aż do siły wystarczającej do strącenia rakiety czy przewiercenia diamentu. Trzecią ważną i pożyteczną ce­chą jest monochromatyczność, czyli emitowanie światła o jednej tylko długości fali.Zagłębienia w płycie są binarnym zapisem dźwięku. Fizyczna isto­ta przekształcenia sygnału ciągłego, czyli fali akustycznej, polega na przypisywaniu określonych wartości liczbowych w wybranych, rytmicznie odmierzanych momentach. Jeśli tak zwanego próbkowa­nia dokonujemy dostatecznie często, dokładnie 44 tysiące razy na se­kundę, uzyskujemy dobre przybliżenie do kształtu fali akustycznej. Cały zakres pomiaru muzycznego sygnału analogowego od zera do wartości maksymalnej podzielony jest na wiele przedziałów. Naj­pierw – w fazie kwantowania – każdej pomierzonej wartości chwilo­wej próbki przypisuje się określoną liczbę. Następnie otrzymywanym wartościom sygnału nadaje się kształt ciągów cyfrowych w systemie złożonym z cyfr jeden i zero. Zapis cyfrowy posłużył do stworzenia zupełnie nowej techniki odtwarzania dźwięku. Niemechaniczna konstrukcja odtwarzacza (dyskofon z płytą kompaktową – ang. compact disc, CD) zapewnia, że cisza muzyczna jest ciszą oczyszczoną od trzasków, szumów i za­kłóceń. Rezultatem jest kryształowo czysty dźwięk, absolutnie wol­ny od chropowatości tradycyjnej płyty gramofonowej.

UCYFROWIENIE MEDIÓW

Nie były one jed­nak w stanie wyeliminować szumów samej płyty, które szczególnie wyraźnie słychać, gdy tylko cichnie orkiestra.Zasada tradycyjnej płyty gramofonowej od czasów Berlinera do niedawna pozostawała niezmienna. Udoskonalenia dotyczyły tyl­ko mechaniki oraz elektronicznych systemów przetwarzających i     wzmacniających sygnał, nie zaś samego systemu kodowania przy rejestracji i odtwarzaniu dźwięku. Przełom w technice odtwa­rzania dźwięku nastąpił w 1980 roku, gdy po raz pierwszy publicznie pokazano urządzenie o niezwykłych parametrach, płytę kompakto­wą, oraz jej odtwarzacz, dyskofon.Stosowany w nich system rejestracji i odtwarzania dźwięku opiera się na zasadzie digitalizacji, czyli „ucyfrowienia” dźwięków. Zamiast ciągłych rowków, płyta ma niewielkie wgłębienia. Do wypalania oraz do odczytania tych zagłębień niezbędny jest laser. W odróżnieniu od światła widzialnego, które ulega rozproszeniu, laser daje światło równoległe, czyli wiązkę spójną (koherentną). Dzięki temu nie ma dużych strat energii, a co ważniejsze – wiązka promieni może być bardzo mała i precyzyjnie formowana. Można ją przesyłać bez rozproszenia nawet na wielkie odległości. Gdy za pomocą lasera mierzono odległość Ziemi od Księżyca, dokład­ność pomiaru osiągnęła rząd kilku centymetrów, przy czym (po przebyciu 384 tysięcy kilometrów) wysłana z Ziemi wiązka lasera utworzyła na powierzchni Srebrnego Globu elipsę o osi zale­dwie trzech kilometrów! Drugą ważną praktycznie cechą światła la­serowego jest jego zmienne natężenie.

MOŻLIWY PRZEKAZ

Możliwy jest także przekaz cyfrowego komunikatu w wielu kana­łach, np. równoczesna transmisja i zapis. Można do niego dołączyć uzupełniającą informację, wtedy kanał zachowuje się odmiennie w zależności od przekazywanej treści, może też akceptować informa­cje od użytkownika (nazywa się to inteligencją kanału). Przykładem jest sterowanie nagraniem magnetowidowym przez sygnał zawarty w programie telewizyjnym. Ucyfrowienie mediów ułatwia nie tylko przekaz i odbiór, lecz również produkcję programów. Skład komputerowy (Desk-Top Publishing, DTP) to produkcja książek, grafiki, nawet dźwięków „na biurku”, za pomocą biurowego sprzętu komputerowego. W po­łączeniu z internetem (Word Wide Web, WWW) dosyć łatwo tworzy się publikacje elektroniczne dostępne w skali światowej. Z kolei telewizja na żądanie (on-demand) oznacza przesyłanie do telewizo­ra wybranej przez widza audycji (filmu, serialu, itp.). Wówczas użytkownik usługi cyfrowej otrzymuje program jaki chce i kiedy chce, bez zwłoki. W 1877 roku Tomasz Edison po raz pierwszy zarejestrował głos ludzki. Od tej chwili inżynierowie i naukowcy stale doskonalili ja­kość nagrań i odtwarzania dźwięków. Skonstruowano gramofony ze specjalną wkładką magnetyczną, wyciszonym silnikiem i elektro­niczną regulacją obrotów, wysokiej klasy wzmacniacze z systemem redukcji szumów Dolby, znakomite magnetofony i nośniki taśmowe zapewniające wielką dynamikę i czystość dźwięku.

PRZYSPIESZENIE TRANSMISJI

Przyspieszanie transmisji można też uzyskać przez odpowiednią kompresję (ściśnięcie) danych, redukcję redundancji, czyli przekazy­wanie wyłącznie bitów informujących o zmianach w poprzednim ob­razie, a nie całości zmiennych obrazów. Pozwala to na przesyłanie ob­razu o dużej rozdzielczości kanałami niskiej przepustowości. Kom­presja i dekompresja to sposób na oszczędne wykorzystanie pasma i   zwiększanie szybkości transmisji. Postępy w tej dziedzinie są impo­nujące. Można „upakować” wiele milionów bitów na sekundę w prze­kazy znacznie mniejsze. Gdy przekazy mają formę cyfrową, bity reprezentujące różne media można ze sobą łatwo mieszać, tworząc w rezultacie multimedia. „Ucyfrowienie” mediów przynosi istotne korzyści. Jakość transmi­sji ulega radykalnej poprawie, bowiem mniej jest zakłóceń. Przez kompresję sygnału można zwiększyć pojemność kanału, gdy znajdzie się sposób na zmniejszenie liczby bitów potrzebnych do zakodowania przekazu. Bez kompresji niemożliwe byłoby przesyłanie pełnych przekazów wideo i wiernych zapisów muzycznych. Zawierają one zbyt wiele bitów informacji w ciągu sekundy, aby ekonomiczne było ich przesyłanie drogą przewodową. Nowoczesne metody kompresji sygnału pozwalają na wykorzystanie nawet zwykłych przewodów telefonicznych do transmisji telewizyjnych, choć o nieco gorszej jako­ści. Co równie istotne, do przekazów cyfrowych można dodawać róż­nego typu „nagłówki”, czyli bity informujące o zawartości przekazów. Ułatwia to klasyfikacje i przeszukiwanie przekazów za pomocą pytań wyszukiwawczych.

SZYBKOŚĆ TRANSMISJI

Nicolas Negroponte akcentuje odróżnianie atomów materii od bi­tów informacji. Większość dotychczasowych informacji była przeka­zywana za pomocą nośników materialnych i dostarczana w postaci atomów – jako książka, obraz malarski, prasa. Obecna rewolucja polega na eliminacji materialnego nośnika, zastępowanie go przez reprezentację bitową. Książka elektroniczna istnieje na ekranie mo­nitora, w pamięci komputera w formie bitów.Dla naszych zmysłów materia jawi się jako forma ciągła, więc ana­logowa. Bity informacji muszą być przekształcone w postrzegane przez nasze zmysły formy – słyszalne dźwięki, widzialne obrazy.Liczba bitów, które można przesyłać danym środkiem transmisji (kanałem), np. przewodem miedzianym, światłowodem czy falami radiowymi, jest określana mianem pasma kanału. Pomocna jest tutaj analogia z drogą. Im szersza droga, tym większa jest jej przepusto­wość, czyli więcej samochodów może się po niej przemieszczać. Róż­ne typy danych wymagają różnej przepustowości. Dla głosu wystarcza zwykły kabel telefoniczny, dla wideo i filmów potrzebny jest światło­wód lub kabel koncentryczny. Szybkość transmisji można zwiększyć przez odpowiednie dostosowa­nie wierności przekazu do potrzeb użytkownika. Zdjęcie fotograficzne potrzebuje do zapisu ogromnej liczbt bitów, ale gdy przesyłamy je jako dołączany do poczty elektronicznej obraz o niższej rozdzielczości, mo­żemy oszczędzać czas transmisji.

TRANSMISJA BITÓW

Transmisja bitów w odróżnieniu od transmisji atomów (transport)    jest czymś więcej niż tylko zastępowaniem w pewnych sytuacjach przekształcania materii przesyłaniem informacji. „Język” bitów, cyfro­wy, staje się uniwersalnym kodem transmisji, umożliwiając łatwe ope­rowanie sygnałami oraz łączenie różnych urządzeń posługujących się kodem cyfrowym. Język cyfrowy zmienia już istniejące formy komu­nikowania zacierając podziały między nimi. Podstawa komunikacji i  kultury ulega sygnałowemu ucyfrowieniu.Współczesne komunikowanie opiera się w coraz większym stopniu na kodach cyfrowych. Są one łatwe do modyfikowania, składają się z bowiem z dyskretnych (oddzielnych) jednostek lub znaków.Przez komunikację cyfrową (digitalną) rozumiemy konwersję dźwięków, obrazów i pisma w formę akceptowaną przez komputer-    ciągi zer i jedynek, które przenoszą zakodowaną informację. Za­miast przenosić oryginalną informację przekazu w formie analogo­wej (jak na przykład na tradycyjnej płycie gramofonowej), dane są porcjowane i zmieniane na cyfry komputerowe.W przenośni bity są jakby analogami materii. Materia składa się z atomów i innych mniejszych składników (ma więc też naturę nie­ciągłą na poziomie molekularnym), a informacja cyfrowa składa się z bitów. Bit nie ma koloru, rozmiaru ani wagi, a można go przemiesz­czać z szybkością światła jako energię – ma dwa stany istnienia –    jest/nie jest, włączony/wyłączony, tak/nie, sygnał/brak sygnału, czarny/biały, itp. Znaczenie tych dychotomii może być różne. Mogą odpowiadać cyfrom, wówczas mamy system numeryczny, albo war­tościom dźwięków, obrazów, liter, wówczas będą przenosić muzykę, mowę, zdjęcia, teksty.

KOMUNIKOWANIE ANALOGOWE

Komunikowanie analogowe przekazuje całą informację obec­ną w oryginalnym przekazie w formie stale zmiennych sygnałów, które odpowiadają fluktuacji dźwięków czy fal wywoływanych przez źródło informacji. Ludzkie zmysły są systemami analogowymi, tak jak większość współczesnych mass mediów.Kod analogowy jest uporządkowany wedle kontinuum zmiany. Klepsydra, starożytny zegar wodny pokazują, jak upływa czas jako proces ciągły. Aby jednak ułatwić dokładne odczytywanie czasu, ze­gar mechaniczny ma na tarczy znaki dzielące dobę na godziny, minu­ty, a nawet sekundy, na nich czas zmienia się w sposób skokowy. Taki zegar jest urządzeniem semicyfrowym, podobnie jak jest nim termometr rtęciowy ze skalą liczbową. Nowoczesny zegarek z wy­świetlaczem cyfrowym jest już urządzeniem w pełni cyfrowym, wska­zującym godziny, minuty i sekundy wprost, jako liczby.W kodzie cyfrowym wszystkie elementy składowe są wyraźnie od siebie oddzielone, natomiast w analogowym – elementy działają w zespoleniu. Powszechna cyfryzacja polega na upowszechnianiu kodowania cy­frowego zarówno obrazów, jak i dźwięków, a więc mowy i pisma, oraz obrazów graficznych. Przekształcone na sygnały cyfrowe mogą być przesyłane tymi samymi kanałami w tej samej prostej formie sy­gnałów binarnych. Dlatego tę zmianę określa się jako digitalizację, czyli cyfrowanie. Rewolucja w tej dziedzinie mogła się zacząć dopie­ro po wynalezieniu komputera i przetwornika analogowo-cyfrowego.

KODOWANIE

Pierwocin dzisiejszej rewolucji cyfrowej można szukać w 1844 roku, gdy Samuel Morse wynalazł kod telegraficzny i udoskonalił telegraf. Sam kod miał charakter quasi-binarny, oparty na znakach kropki i   kreski. Opracowując go Morse kierował się częstością występowa­nia poszczególnych liter w języku angielskim; literom częstszym przypisywał znaki krótsze, a więc kropki, rzadszym – kreski. Był to swoisty system kompresji przekazu tekstowego. Jego telegraf był za­tem urządzeniem quasi-cyfrowym – podobnie jak współczesny kom­puter kodował tekst. Tyle że wówczas robił to ręcznie telegrafista, a potem operator teleksu.Następny przełomowy wynalazek w telekomunikacji – telefon był aparatem w pełni analogowym. Zamieniał falę dźwiękową na elek­tromagnetyczną analogicznie do głosu rozmówców. To odmienny, bardziej naturalny system kodowania. Bez znajomości tej różnicy niemożliwe jest zrozumienie epoki informacji.Sygnały, które przenoszą informację, można podzielić na: analo­gowe (ciągłe) – w tym przypadku wielkość reprezentująca wiado­mość może przyjmować dowolne wartości ze zbioru nieskończenie wielu wartości oraz dyskretne (nieciągłe) – wielkość może przyjmo­wać tylko określone wartości ze skończonego ich zbioru, zwykle zakodowane jako cyfry (sygnał cyfrowy), najczęściej zera i jedynki (sygnał binarny). Informacja analogowa jest ciągła, natomiast cyfrowa – dwubiegu­nowa.

POKONANY PRZEZ MASZYNĘ

W 1997 roku po sześciu emocjonujących partiach szachów Gari Ka­sparow przegrał z komputerem Deep Blue. Czy to maszyna pokonała arcymistrza? Niezupełnie, komputer był od niego jedynie szybszy w kalkulacjach, zatem mógł lepiej obliczać konsekwencje każdego ru­chu. Natomiast nawet gracz szachowy nie zdoła sprostać komputerowi w szybkości obliczeń i „zapamiętywaniu” wyników, ale opiera się na wyobraźni i zdolnościach strategicznych. Jest więc prawdziwie inte­ligentny, gdy komputer – jakby wzorując się na uwadze Platona o pi­śmie – wykazuje tylko pozór inteligencji. Tak też było ze słynnym programem „Doktor” Josepha Weizenbau- ma z 1964 roku nazwanym „Eliza”. Komputer imitował psychotera­peutę i odpowiadał w sposób naśladujący (czasami wręcz doskonale) rozmowę z żywym człowiekiem. Oto przykład:Terapeuta-komputer: Przykro mi, że jesteś w depresji.Pacjent: To prawda, jestem nieszczęśliwy.Terapeuta-komputer: Czy sądzisz, ze mogę jakoś pomóc, abyś przestał być nieszczęśliwy?Pacjent: Potrzebuję pomocy, tego jestem pewien.-komputer: Co ci da, jeśli otrzymasz pomoc?Pacjent: Być może nauczę się porozumiewać się z moją matką. Terapeuta-komputer: Powiedz mi coś więcej o swej rodzinie.Ten dialog tak się toczy. Sztuczny terapeuta wykorzystuje zakodowa­ne w pamięci kilkadziesiąt pytań i ogólnikowych wypowiedzi, produku­jąc zwykłą gadaninę, więc posługuje się pozorną inteligencją. Daleko mu było do realizacji sztucznej inteligencji, ale i tak wywoływał podziw obserwatorów.