Файл: Понятие компьютерных данных и информации.pdf

Последняя группа кодов, которые будут рассмотрены в данной статье, это коды, в настоящее время не используемые в стандартах связи, но при этом они являются очень перспективными разработками в помехоустойчивом кодировании и в скором времени могут войти в стандарты связи. К ним относятся: 

Стеганографический алгоритм, особенностью данного алгоритма является способ кодирования информации. Для более простого понимания кодировки стеганографического алгоритма представлена схема:

Рис.1 – Схема работы стеганографического алгоритма

Согласно схеме, первоначально кодируемая информация записывается в открытый и при этом значительно больший по размеру и не чувствительный к малым искажениям поток данных (контейнер). Дальнейшая передача информации может происходить по нескольким путям, либо данный пакет информации остаётся единым, либо информация в конверте подразделяется на несколько подфайлов. Выбор пути передачи зависит от объёма передаваемой информации. Преимуществом данного метода является полная защита от внешних шумов и ошибок, к минусам можно отнести очень сложную реализацию алгоритма на практике.

Алгоритм Кловкого-Николаева (АКН) является перспективной разработкой кафедры ТОРС ПГАТЦ, который в настоящее время активно модернизируется и дорабатывается. АКН является алгоритмом с ограниченным расстоянием, то есть данный алгоритм помехоустойчивого кодирования исправляет все комбинации из n и менее ошибок, но при этом не исправляет ни одну из комбинаций большего веса. Данный факт открывает большие перспективы развития алгоритма [17].

Коды повторения — накопления (Repeat-Accumulate — RA) являются одной из разновидностей каскадных кодов, данные алгоритмы сочетают в себе свойства турбо- и LDPC-кодов, в своей основе состоят из повторителя, перемежителя и аккумулятора.

Улучшенной версией кодов повторения — накопления являются нерегулярные коды повторения — накопления (Irregular Repeat Accumulate — IRA). Как было отмечено выше, коды RA сочетают в себе свойства как турбокодов, так и кодов Галагера, благодаря свойствам последних в структуру кодов повторения — накопления можно внести нерегулярность и тем самым улучшить характеристики алгоритмов.

Коды произведения — накопления (Product Accumulate — PA) являются еще одной разновидностью каскадных кодов, отличительной особенностью которых является то, что в их структуре в качестве основных кодов используется турбокод произведения и рекурсивный свёрточный код, применение данных алгоритмов с последовательной схемой каскадирования позволяет получить наилучшие характеристики.

Ниже приведены две таблицы, в первой представлено, в каких стандартах связи и в каких областях применяются вышеописанные коды.

Таблица 1 – применение помехоустойчивых кодов

В результате анализа таблицы можно прийти к выводу, что самыми распространенными областями применения помехоустойчивых кодов являются локальные сети, беспроводная радио и сотовая связь, спутниковая передача данных и наземное телевиденье, что соответствует таким стандартам связи, как IEEE 802.4, IEEE 802.11, IEEE 802.16, TIA- 1008, DVB - Т2.

В табл. 2 сравниваются технические характеристики алгоритмов, такие как тактовая частота, количество итераций кода, пропускная способность и т. п.

Таблица 2 – Характеристика помехоустойчивых кодов

Как видно из таблицы, лучшие характеристики по пропускной способности показывают турбокоды ТРС, LDPC-коды и МПДСОК, что обуславливает их повсеместное применение во многих стандартах связи.

Самыми же простыми кодами в реализации (по числу итераций) являются такие коды, как БЧХ и коды Рида-Соломона, эти коды обладают простой структурой, но из-за этого неудовлетворяющей пропускной способностью, в связи с этим данные коды в настоящее время используются исключительно для обучения студентов или же в специализированных локальных сетях закрытого характера.

Новейшие коды, такие как стеганографический алгоритм и алгоритм Кловкого-Николаева, показывают средние показатели по пропускной способности, но этого недостаточно, особенно если сравнивать их с LDPC- кодом или же с МПДСОК. Также их техническая реализация в настоящее время достаточно сложна и требует доработки.

Наилучшими показателями по пропускной способности в сравнении с кодами Галагера показывают коды повторения — накопления и их модернизированная версия IRA. Данные коды в скором будущем могут составить полноценную конкуренцию LDPC-кодам и МПДСОК, единственным ограничением использования данных алгоритмов в настоящее время является их сложная структура, которая не позволяет использовать данные алгоритмы во многих стандартах связи.

Таким образом, нами были рассмотрены алгоритмы помехоустойчивого кодирования, образцы кодов, которые уже давно существуют и зарекомендовали себя с наилучшей стороны, так и коды, которые в настоящий момент только разрабатываются. Из всего вышеописанного можно сделать вывод, что отрасль помехоустойчивого кодирования не стоит на месте и бурно развивается, и что в ближайшее время на рынке могут появиться новые виды помехоустойчивых алгоритмов, которые могут поменять в лучшую сторону стандарты связи.

2.2. Способы кодирования текстовой и числовой информации в компьютере

Кодирование информации имеет огромное значение в современном мире вследствие широкой эксплуатации компьютеров и вычислительных сетей не только как средств обработки информации, но также как оперативных средств коммуникации. И поскольку, при передаче информации часть ее неизбежно теряется, проблемы помехоустойчивости информационных вычислительных систем весьма актуальны.

Набор условных обозначений для записи или передачи данных называется кодом. Кодирование информации понимают, как процесс формирования определенного представления информации, а в узком смысле — переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для обработки, передачи и хранения.

Любые типы информации в компьютере представляются с помощью двоичной системы счисления, поскольку элементы технических устройств могут находиться в двух различных состояниях, которые обозначили цифрами 0 и 1. Ввод и вывод данных осуществляется в привычной для людей форме: текст в виде символов, числа в десятичной системе счисления. Такое возможно благодаря специальным программам, которые выполняют преобразования данных.

При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным набором двоичных цифр, а при выводе на внешние устройства для восприятия человеком по двоичному коду формируется изображение каждого символа. Соответствие между буквой и двоичным кодом называется кодировкой символов.

В начальном образовании учащихся знакомят с элементами, входящими в состав компьютера, их функциями, знакомят с некоторыми обучающими программами, которые соответствуют уровню развития детей. Знания из области представление, измерение и кодирование информации формируются у школьников в среднем звене. Так в материалах ГИА по информатике встречаются задачи на темы: оценка информационного объема данных; кодирование и декодирование данных; двоичное кодирование данных; скорость передачи данных.

В век информационных технологий огромная часть пользователей обрабатывает текстовую информацию на компьютерах и других устройствах. Для кодирования данных используются специальные кодовые таблицы. Первой таблицей кодировки стала ASCII — American Standard Code for Information Interchange. В этой таблице каждому символу (букве, цифре, знаку препинания и др.) соответствует определенный двоичный код.

Позднее появились и другие кодовые таблицы. Для кодировки русских букв сейчас используют различные кодовые таблицы: КОИ-8, СР1251, СР866, Unicode, Мас, ISO и др. В восьмибитных кодовых таблицах содержится 256 символов. Первые 33 кода (с 0 по 32) отведены под управляющие клавиши и специальные команды. Коды с 33 по 127 являются интернациональными и соответствуют символам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и знакам препинания. Коды с 128 по 255 служат для национальных алфавитов.

Для определения информационного объема сообщения нужно знать единицы измерения информации: бит, байт, Кбайт и более крупные, а также правила перевода объема данных из одних единиц в другие. Кроме того, нужно иметь представление о способах определения длины кода одного символа i — по мощности алфавита — N. Мощность алфавита — это количество различных символов в нем. Формула, которая их связывает: мощность алфавита N=2i, длина кода i=log2 N. Информационный объем сообщения — I можно определить, умножив количество символов K в сообщении на длину кода: I = i • K. Рассмотрим особенности решения некоторых задач, в которых требуется определить информационный объем сообщения.