Кодування повідомлень в інформаційно – телекомунікаційних системах
Повідомлення, що передаються з використанням інформаційної системи передачі даних в своїй більшості низькочастотні і зазвичай погано пристосовані для їх ефективної ретрансляції по каналах зв’язку. Тому інформаційні повідомлення в процесі передачі, як правило, підлягають процедурам перетворення та кодування.
Кодування повідомлень може мати різні цілі, але в інформаційних мережах передачі даних існує послідовність використання того чи іншого методу кодування залежно від встановлених перед системою задач та технічних вимог. Існують різні методології визначення, класифікації та опису процесів в інформаційних системах передачі і обробки сигналів. (рис. 1).
Технологія кодування в інформаційно – телекомунікаційних системах
Поняття про кодування і код
Кодування в широкому значенні слова – процес ототожнення переданих повідомлень (букви, цифри, графічні об’єкти, світло, колір і т. д.) з деяким набором символів (сигналів) фізичної природи.
Кодування у вузькому значенні слова – ототожнення переданих повідомлень з набором букв або цифр. Кожне повідомлення представляється у вигляді цифрового слова, або деякого числа (кодової комбінації).
Технологія кодування сукупність правил (порядок, послідовність) кодового позначення об’єктів.
Будь-який код будується із сукупності букв, цифр і інших символів, що складають його алфавіт. Коди характеризуються:
довжиною − числом позицій (символів) в коді;
структурою − порядком розташування в коді символів, які використовуються для позначення класифікаційної ознаки.
Процедура привласнення будь-якому об’єкту кодового позначення називається кодуванням.
Під
кодуванням
в загальному
випадку розуміють перетворення
алфавіту повідомлення
в алфавіт
деяким чином вибраних кодових символів
.
Зазвичай
(але не обов’язково) розмір алфавіту
кодових символів
менше або набагато менше розміру алфавіту
джерела
.
Існують різні визначення, класифікації та описи процесів кодування. Насамперед розрізняють первинне кодування та вторинне.
Під первинним кодуванням будемо розуміти перетворення у форму, яка є придатною для передавання чи зберігання інформаційних об’єктів
Розрізняють наступні види (системи) первинного кодування: кодування чисел, кодування повідомлень, кодування інформаційних символів на фізичному рівні, кодування дискретних повідомлень та т. ін.
Вторинне кодування забезпечує більш ефективну, з погляду швидкості та вірності, реалізацію процесів передавання чи зберігання інформаційних об’єктів. Серед технологій вторинного кодування найчастіше використовують кодування для зменшення об’єму інформаційних об’єктів (стиснення) та їх завадостійке кодування.
В цій лекції зупинимося на первинному кодуванні.
Код – правило, по якому записуються різні кодові слова або числа. Поняття коду є чисто математичним. Будь-який код повинен задовольняти головній вимозі – однозначності відповідності між повідомленням і кодовим словом. інакше виявиться неможливим розшифрувати повідомлення на приймальній стороні. В інформаційно – телекомунікаційних системах кодові слова, або кодові комбінації, перетворяться в сигнали, передані по каналу зв’язку. При цьому кожному символу коду повинен відповідати свій, і лише свій, елементарний сигнал.
Всі використовувані в інформаційно – телекомунікаційних системах коди можна умовно розділити по наступних ознаках:
По числу використовуваних елементарних символів:
двійкові (кодові слова складаються з символів 0, 1 – основа коду g = 2);
трійкові (кодові слова складаються з символів 0, 1, 2 – основа коду g = 3);
S-кові (кодові слова складаються з символів 0, 1,…, S – основа коду g = S);
По числу елементарних символів в кожному слові, або кодовій комбінації (по загальному числу символів):
рівномірні (блокові); у таких кодах всі кодові слова містять одне і те ж постійне число елементів, тобто n = const;
нерівномірні; різні повідомлення в цих кодах кодуються словами різної довжини, тобто n = var;
Коди, у яких усі комбінації мають однакову довжину, називають рівномірними. Для рівномірного коду число можливих комбінацій дорівнює gn. Прикладом такого коду є п’ятизначний код Бодо, що містить п’ять двійкових елементів (g = 2, n = 5). Число можливих кодових комбінацій дорівнює 25 = 32, що є достатнім для кодування основних букв алфавіту. Застосування рівномірних кодів не потребує передачі розділювальних символів між кодовими комбінаціями.
Нерівномірні коди характерні тим, що в них кодові комбінації відрізняються друг від друга не тільки взаємним розташуванням символів, але і їхньою кількістю. Це приводить до того, що різні комбінації мають різну довжину. Типовим прикладом нерівномірних кодів є код Морзе, у якому символи 0 і 1 використовуються тільки в двох з’єднаннях − як одиночні (1 і 0) або як потрійні (111 і 000). Сигнал, що відповідає одній одиниці, називається точкою, трьом одиницям − тире. Символ 0 використовується як знак, що відокремлює точку від тире, точку від точки і тире від тире. Сукупність 000 використовується як розділювальний знак між кодовими комбінаціями.
По здатності знаходити і/чи виправляти спотворення, тобто по завадостійкості коди поділяють на:
не завадостійкі (незавадозахисні, ненадмірні) – коди, нездібні не тільки виправляти, але навіть знаходити спотворення. Ці коди, у яких усі можливі кодові комбінації використовуються для передачі інформації, називаються простими, або кодами без надмірності (надлишковості). У простих рівномірних кодах перетворення одного символу комбінації в іншій, наприклад 1 у 0 або 0 у 1, приводить до появи нової комбінації, тобто до спотворення;
завадостійкі (завадозахисні) – коди, здатні знаходити і/чи виправляти спотворення різних типів (надмірні коди). Ці коди, в свою чергу поділяються на прості (примітивні, такі, що виявляють лише наявність спотворень) і корегуючі.
По роздільності інформаційних і надмірних елементів:
систематичні, в яких є чітке розрізнення між інформаційними і надмірними елементами; особливо зручні коди, в яких інформаційні елементи займають перші m позицій, а за ними слідують надмірні елементи на k позиціях;
несистематичні, в яких не можна розрізнити інформаційні і надмірні елементи.