Файл: Методы кодирования данных.pdf

- 5B/6B — 5 бит входного потока кодируются 6-битными символами. При-меняется в 100VG-AnyLAN

- 8B/6T — 8 бит входного потока кодируются шестью троичными (T = ternary) цифрами (-,0,+). К примеру: 00h: +-00+-; 01h: 0+-+=0; Код имеет избыточ-ность 36/28 = 729/256 = 2,85. Скорость транспортировки символов в линию является ниже битовой скорости и их поступления на кодирования. Применяется в 100BaseT4.

- Вставка бит — такая схема работает на исключение недопустимых после-довательностей бит. Ее работу объясним на реализации в протоколе HDLC. Тут входной поток смотрится как непрерывная последовательность бит, для которой цепочка из более чем пяти смежных 1 анализируется как служебный сигнал (пример: 01111110 является флагом-разделителем кадра). Если в транслируемом потоке встречается непрерывная последовательность из 1, то после каждой пятой в выходной поток передатчик вставляет 0. Приемник анализирует входящую цепочку, и если после цепочки 011111 он видит 0, то он его отбрасывает и последовательность 011111 присоединяет к остальному выходному потоку данных. Если принят бит 1, то последовательность 011111 смотрится как служебный символ. Такая техника решает две задачи — исключать длинные монотонные последовательности, которые неудобные для самосинхронизации физического кодирования и разрешает опознание границ кадра и особых состояний в непрерывном битовом потоке .

Избыточность логического кодирования разрешает облегчить задачи физического кодирования — исключить неудобные битовые последовательности, улучшить спектральные характеристики физического сигнала и др. Физическое/сигнальное кодирование пишет правила представления дискретных символов, результат логического кодирования в результат физические сигналы линии. Физические сигналы могут иметь непрерывную (аналоговую) форму — бесконечное число значений, из которого выбирают допустимое распознаваемое множество. На уровне физических сигналов вместо битовой скорости (бит/с) используют понятие скорость изменения сигнала в линии которая измеряется в бодах (baud). Под таким определением определяют число изменений различных состояний линии за единицу времени. На физическом уровне проходит синхронизация приемника и передатчика. Внешнюю синхронизацию не используют из-за дороговизны реализации еще одного канала. Много схем физического кодирования являются самосинхронизирующимися — они разрешают выделить синхросигнал из принимаемой последовательности состояний канала.

Скремблирование на физическом уровне разрешает подавить очень сильные спектральные характеристики сигнала, размазывая их по некоторой полосе спектра. Очень сильные помеха искажают соседние каналы передачи. При разговоре о физическом кодирировании, возможное использование следующие термины:

- транзитное кодирование — информативным есть переход из одного состояния в другое

- потенциальное кодирование — информативным есть уровень сигнала в конкретные моменты времени

- полярное — сигнал одной полярности реализуется для представления одного значения, сигнал другой полярности для — другого. При оптоволоконное транспортировке вместо полярности используют амплитуды импульса

- униполярное — сигнал одной полярности реализуется для представления одного значения, нулевой сигнал — для другого

- биполярное — используется отрицательное, положительное и нулевое зна-чения для представления трех состояний

- двухфазное — в каждом битовом интервале присутствует переход из одного состояния в другое, что используется для выделения синхросигнала.

3.3 Популярные схемы кодирования, которые применяются в локаль-ных сетях

AMI/ABP

AMI — Alternate Mark Inversion или же ABP — Alternate bipolare, биполярная схема, которая использует значения +V, 0V и -V. Все нулевые биты имеют значения 0V, единичные — чередующимися значениями +V, -V. Применяется в DSx (DS1 — DS4), ISDN. Такая схема не есть полностью самосинхронизирующейся — длинная цепочка нулей приведет к потере синхронизации.

MAMI

MAMI — Modified Alternate Mark Inversion, или же ASI — модифицирован-ная схема AMI, импульсами чередующейся полярности кодируется 0, а 1 — нулевым потенциалом. Применяется в ISDN (S/T — интерфейсы).

B8ZS

B8ZS — Bipolar with 8 Zero Substitution, схема аналогичная AMI, но для син-хронизации исключает цепочки 8 и более нулей ( за счет вставки бит).

HDB3

HDB3 — High Density Bipolar 3, схема аналогичная AMI, но не допускает пе-редачи цепочки более трех нулей. Вместо последовательности из четырех нулей вставляется один из четырех биполярных кодов.

Манчестерское кодирование

Manchester encoding — двухфазное полярное/униполярное самосинхронизи-рующееся кодирование. Текущий бит узнается по направлению смены состояния в середине битового интервала: от -V к +V: 1. От +V к -V: 0. Переход в начале интервала может и не быть. Применяется в Ethernet. (В начальных версиях — униполярное).

Дифференциальное манчестерское кодирование

Differential manchester encoding — двухфазное полярное/униполярное само-синхронизирующиеся код. Текущий бит узнается по наличию перехода в начале битового интервала (рис. 4.1), например 0 — есть переход (Вертикальный фраг-мент), 1 — нет перехода (горизонтальный фрагмент). Можно и наоборот опреде-лять 0 и 1.В середине битового интервала переход есть всегда. Он нужен для синхронизации. В Token Ring применяется измененная версия такой схемы, где кроме бит 0 и 1 определенны также два бита j и k (Рис. 4.2). Здесь нет переходов в середине интервала. Бит К имеет переход в начале интервала, а j — нет.

MLT-3

Трехуровневое кодирование со скремблированием который не самосинхро-низуется. Используются уровни (+V, 0, -V) постоянные в линии каждого битового интервала. При передаче 0 значения не меняются, при передаче 1 — меняются на соседние по цепочке +V, 0, -V, 0, +V и тд. (рис. 5). Такая схема является усложнонным вариантом NRZI. Применяется в FDDI и 100BaseTX.

NRZ и NRZI

NRZ — Non-return to zero (без возврата к нулю), биполярная нетранзиктивная схема (состояния меняются на границе), которая имеет 2 варианта. Первый вариант это недифференциальное NRZ (используется в RS-232) состояние напрямую отражает значение бита (рис. 6.а). В другом варианте — дифференциальном, NRZ состояние меняется в начале битового интервала для 1 и не меняется для 0. (рис.6.Б). Привязки 1 и 0 к определенному состоянию нету .

NRZI — Non-return to zero Inverted, измененная схема NRZ (рис. 6.в). Тут со-стояния изменяются на противоположные в начале битового интервала 0, и не меняются при передаче 1. Возможна и обратная схема представления. Использу-ются в FDDI, 100BaseFX.

RZ

RZ — Return to zero (с возвратом к нулю), биполярная транзитивная само-синхронизирующаяся схема. Состояние в определенный момент битового интервала всегда возвращается к нулю. Имеет дифференциаль-ный/недифференциальный варианты. В дифференциальном привязки 1 и 0 к со-стоянию нету. (рис. 7.а).

FM 0

FM 0 — Frequency Modulation 0 (частотная модуляция), самосинхронизиру-ющийся полярный код. Меняется на противоположное на границе каждого битового интервала. При передаче 1 в течение битового интервала состояние неизменное. При передаче 0, в середине битового интервала состояние меняется на противоположное. (рис. 8). Используется в LocalTalk.

PAM 5

PAM 5 — Pulse Amplitude Modulation, пятиуровневое биполярное кодирова-ние, где пара бит в зависимости от предыстории оказывается одним из 5 уровней потенциала. Нужен неширокая полоса частот (вдвое ниже битовой скорости). Используется в 1000BaseT.

2B1Q

Здесь пара бит оказывается одним четверичным символом (Quater-nary symbol), где каждому соответствует один из 4 уровней сигнала.

4B3T — блок из 4 бит (16 состояний) кодируется тремя троичными символами (27 символов). Из множества возможных методов изменений рассмотрим MMS43, который используется в интерфейсе BRI сетей ISDN (таблица). Тут применяются специальные методы для исключения постоянной составляющей напряжения в линии, в следствии чего кодирования ряда комбинаций зависит от предыстории — состояния, где находится кодер. Пример: последовательность бит 1100 1101 будет представлена как: + + + — 0 -.

Схемы, которые не являются самосинхронизирующими, вместе с логическим кодированием и определением фиксированной длительности битовых интервалов разрешают достигать синхронизации. Старт-бит и стоп-бит служат для синхронизации, а контрольный бит вводит избыточность для повышения достоверности приема.

Заключение

В ходе курсовой работы была рассмотрена задача кодирования, которая включает в себя:

- изучение способов представления информации в ЭВМ;

- рассмотрение способов кодирования и декодирования информации числовой, текстовой и графической;

- подробное исследование кодирования текстовой информации в компьютере.

Задача кодирования является одним из главных понятий информатики, так как кодирование предшествует передаче и хранению информации, и, соответственно, является основой их успешного осуществления.

При передаче сообщений по каналам связи могут возникать помехи, способные привести к искажению принимаемых знаков. Эта проблема решается с помощью помехоустойчивого кодирования. Помехоустойчивое кодирование передаваемой информации позволяет в приемной части системы обнаруживать и исправлять ошибки. Коды, применяемые при помехоустойчивом кодировании, называются корректирующими кодами. Впервые, исследование эффективного кодирования произвел Клод Шеннон. Для теории связи важнейшее значение имеют две теоремы, доказанные Шенноном.

В работе были рассмотрены эти теоремы, и можно прийти к выводу, что первая – затрагивает ситуацию с кодированием при передаче сообщения по линии связи, в которой отсутствуют помехи, искажающие информацию, т.е. эта теорема является эталоном, какими должны быть помехоустойчивые коды, вторая теорема относится к реальным линиям связи с помехами.

В ходе курсовой работы были составлены примеры кодирования, на основе первой теоремы Шеннона. Это кодирования является достаточно эффективным, так как получаемый код практически не имеет избыточности, но, к сожалению, в реальных линиях связи множество помех, и такой результат недостижим. Поэтому код Шеннона не является таким же эффективным как, например, код Хафмена. Но, несмотря на это нужно отметить, что Клод Шеннон был одним из основателей теории кодирования и его работы внесли огромный вклад в развитие информатики.

Библиография

Нормативно-правовые документы

1. Конституция Российской Федерации от 12 декабря 1993 г. (с изм. и доп., вступ. в силу с 21.07.2014)

Научная литература

1. Босова Л.Л Информатика и ИКТ 6 класс [Текст]: Учебник/ Босова Л.Л .- М.: Изд-во "БИНОМ. Лаборатория знаний", 2016. - 208 с.;
2. Босова Л.Л Информатика и ИКТ 7 класс [Текст]: Учебник/ Босова Л.Л..- М.: Изд-во "БИНОМ. Лаборатория знаний", 2018. - 229 с.; .
3. Куликовский Л.Ф., Мотов В.В. Теоретические основы информационных процессов: Учеб. пособие для вузов по спец. "Автоматика и механизация процессов обработки и выдачи информации". – М.:Высшая школа, 2017. – 248с.
4. В.М. Лачинов, А.О.Поляков Информодинамика или Путь к Миру открытых систем http://www.inftech.webservis.ru/it/information/index.html
5. Энциклопедия "Кругосвет" www.krugosvet.ru
6. Инженер Мареев Новая теория информации www.eme.ru
7. Лидовский В.В. Теория информации. Учебное пособие. - М.: Компания Спутник+, 2014г.
8. Вернер М. Основы кодирования Учебник для вузов. – М.: Техносфера,2018. – 288с.
9. Котоусов А.С. Теоретические основы радиосистем. Радиосвязь, радиолокация, радионавигация. – М.: Радио и связь, 2014. – 224с.
10. Гаранин М.В., Журавлев В.И., Кунегин С.В. Системы и сети передачи информации: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 2017. – 336с.
11. Липкин И.А. Статистическая радиотехника. Теория информации и кодирования. – М.: "Вузовская книга", 2012. – 216с.
12. Быховский М.А. Круги памяти (Очерки истории развития радиосвязи и вещания в XX столетии). Серия изданий "История электросвязи и радиотехники". – М.: МЦНТИ, ООО "Мобильные коммуникации", 2014. – 224с.
13. Рузайкин Г. Теория информации и информационные технологии //Открытые системы, 2018, № 07-08
14. 12. Просиз Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. /Под ред. Д.Д.Кловского. – М.: Радио и связь, 2019. – 800с.
15. Шульгин В.И. Основы теории передачи информации. Учебное пособие. Ч.1-2. – Харьков: ХАИ, 2013.
16. Котоусов А.С. Теоретические основы радиосистем. Радиосвязь, радиолокация, радионавигация. – М.: Радио и связь, 2012
17. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание. : Пер. с англ. – М.: Издательский дом "Вильямс", 2018. – 1104с.
18. Семакин И.Г. Информатика и ИКТ для 8-9 классов [Текст]: Учеб. по базовому курсу / Семакин И.Г., Залогова Л.А, Русаков С.В., Шестакова Л.В.. М.: Изд-во "БИНОМ. Лаборатория знаний", 2019. - 320 с.; .
19. Угринович Н.Д «Информатика и ИКТ» Базовый курс. 9 класс [Текст]: Учебник/ Угринович Н.Д.- М.: Изд-во "БИНОМ. Лаборатория знаний", 2017. 295 с.;
20. Могилев А.В. Информатика [Текст]: Учеб. для студентов пед. вузов/ Могилев А.В., Пак Н.И., Хённер Е.К. М.: Академия, 2014. - 848 с.
21. Подласый И. П. Педагогика. Новый курс [Текст]: Учеб. для студентов пед. вузов/ Подласый И. П. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2018.
22. Бочкин, А.И. Методика преподавания информатики [Текст] / Бочкин А.И.. - Минск : Высшая школа, 2014. - 431 с.