Лекция №3 Кодирование информации

Общие понятия и определения

Под кодированием понимается представление информации в виде, удобном для передачи по каналу связи.

Операция восстановления сообщения по принятому сигналу называется декодированием.

Общая схема передачи информации представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1

Техническая реализация процесса кодирования в простейшем виде при непрерывном входном сигнале осуществляется аналого-кодовыми преобразователями.

Шеннон в своих работах обосновал эффективность введения в тракт кодирующих и декодирующих устройств, цель которых состоит в согласовании свойств источника сообщений со свойствами канала связи.

Цель кодера источника (КИ) обеспечить такое кодирование, при котором путем устранения избыточности существенно снизится среднее число символов на букву сообщения. При отсутствии помех это дает выигрыш во времени передачи. Такое кодирование получило название эффективного или оптимального.

При наличии помех в канале оно позволяет преобразовать входную информацию в последовательность символов, наилучшим образом подготовленную для дальнейшего преобразования.

Второе кодирующее устройство (кодер КК) обеспечивает заданную достоверность при передаче информации путем внесения избыточности с учетом интенсивности и статистических закономерностей помехи в канале связи. Такое кодирование называют помехоустойчивым.

Выбор кодирующих и декодирующих устройств зависит от статистических свойств источника сообщений, уровня и характера помех в канале связи.

Если избыточность источника мала и помехи в канале связи отсутствуют, то введение кодера источника и кодера канала нецелесообразно.

После кодера канала (КК) кодированный сигнал поступает в устройство кодирования символов сигналами – модулятор М. Сигнал на выходе модулятора подготовлен к передаче по конкретной линии связи (ЛС).

В линии связи на сигнал накладываются помехи из условно-показанного источника помех (ИП), так что в устройство декодирования сигналов в символы (ДМ) из канала связи поступает сигнал, искаженный шумами. Устройство декодирования помехоустойчивого кода – декодер канала (ДК) и устройства декодирования сообщений – декодер источника (ДИ) выдают декодированное сообщение и получателю (П) – человеку или машине.

Цифровое кодирование

Большинство кодов, используемых при кодировании информации без учета статистических свойств источника и помех, основано на системах счисления.

Любому дискретному сообщению или букве сообщения ставится в соответствие какой-то порядковый номер. Передача или хранение информации сводится к передаче или хранению чисел. Числа можно выразить в какой-либо системе счисления.

Логические элементы вычислительных устройств с основанием h>2 должны иметь более двух устойчивых состояний, что технически трудно выполнимо при условии обеспечения надежной фиксации этих состояний.

Наиболее удобна с точки зрения физической реализации двоичная система. Логические элементы имеют всего два устойчивых состояния. Задача различения состояний сводится к задаче обнаружения ( есть импульс или нет импульса). Число в двоичной системе выразится

,

где a_i принимает значение либо 0, либо 1.

Арифметические и логические операции наиболее просто осуществляются тоже в двоичной системе.

Сложение Умножение

0+0=0 0*0=0

0+1=1 0*1=0

1+0=1 1*0=0

1+1=10 1*1=1

Двоичный код удобен для передачи и проведения логических и арифметических операций. Однако при вводе и выводе информации он не удобен, поэтому часто используют более удобные системы – шестнадцатиричную и двоично-десятичную с весами (8-4-2-1, 5-1-2-1, 2-4-2-1).

Среди кодов, несвязанных с системами счисления, получил распространение код Грея (рис. 3.2).

0-0000 2-0011 4-0110 6-0101 8-1100 10-1111 12-1010 14-1001

1-0001 3-0010 5-0111 7-0100 9-1101 11-1110 13-1011 15-1000

Рис. 3.2