Построение системы эффективного кодирования для передачи информации — это создание системы кодирования, обеспечивающей минимальное среднее количество двоичных компонентов на передачу информации источника.
Введение
Эффективное кодирование призвано решить задачу формирования компактного формата сообщений, которые вырабатывает передатчик, путём их перекодирования. Оно используется фактически в любом архиваторе, к примеру, Rar, Zip и других. Отличием данных архиваторов считается тот факт, что они могут сжать информационные данные в сравнительно небольшое количество раз, а именно, в два-три раза, максимум в четыре, но обеспечивают полное информационное восстановление, то есть, буквально «бит в бит». Когда нет необходимости в полном информационном восстановлении, то используются иные методики перекодирования, которые позволяют сжимать информацию в десятки раз.
Эти методы базируются на исследовании законов формирования сообщений источником, исследовании свойств самих источников и знании того, в какой мере нужно осуществить сохранение начальной информации для её получателя. К примеру, при трансляции речевых сообщений допускается их передача с некоторыми искажениями, которые на принимающей стороне могут просто не заметить по причине слабой чувствительности человеческого слухового аппарата к таким искажениям. Причём может быть сохранена и разборчивость речи, и особенности голоса, и даже эмоциональная окрашенность. Незначительная утеря данных качеств способна увеличить степень сжатия. Тем не менее под эффективным кодированием понимается сжатие информации с её последующим восстановлением именно «бит в бит».
Построение системы эффективного кодирования для передачи информации
Кодированием в общем смысле является отображение сообщений в формате, удобном для трансляции по выбранному каналу связи. Операция, которая является обратной кодированию, именуется декодированием. Общая схема системы передачи информации представлена на рисунке ниже:
Рисунок 1. Общая схема системы передачи информации. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Сообщение Х, расположенное на выходе информационного источника (ИИ), должно быть представлено в виде определённого сигнала. Так как число сообщений при безграничном увеличении временного интервала будет устремляться в бесконечность, то очевидно, что формировать отдельный сигнал для каждого сообщения фактически нереально. Обычно дискретные сообщения формируются из буквенного набора, а непрерывное сообщение может быть представлено как последовательность цифр в каждый момент отсчёта, следовательно, предполагается принципиальная возможность использовать конечное количество образцовых сигналов, которое соответствует отдельным буквам алфавита источника.
Если объём алфавита достаточно большой, то можно использовать представление букв при помощи другого алфавита, имеющего меньшее количество букв, которые принято именовать символами. Чтобы обозначить такую операцию, применяется тот же самый термин, а именно, кодирование, но понимаемый в более узком смысле.
Так как символьный алфавит меньше по объёму, чем буквенный алфавит, то для каждой буквы назначается определённая символьная последовательность, представляющая собой кодовую комбинацию. Количество символов, входящих в кодовую комбинацию, считается её значностью.
При осуществлении отображения букв при помощи символов, может быть назначен целый набор целей. Основной целью является преобразование информационных данных в такой символьный код, который обеспечивает возможность простой и надёжной аппаратной реализации информационного устройства, а именно:
- Простая реализация устройства, которое отличает отдельные символы.
- Обеспечение минимального времени передачи.
- Обеспечение минимального требуемого объёма запоминающего устройства для хранения данных.
- Простое исполнение арифметических и логических операций в используемой системе.
Статистические свойства передатчика информации и вероятных помех в системе связи при этом не учитываются. Техническое воплощение операции кодирования в этом наиболее простом варианте, если входной сигнал является непрерывным, выполняется при помощи аналого-цифрового преобразователя.
Другая цель кодирования, принимая во внимание теорему Шеннона, - согласовать свойства передатчика сообщения со свойствами используемого для связи канала. Специальному устройству, называемому кодером источника, назначается в качестве цели обеспечение такого кодирования, которое устраняет избыточность, чем значительно сокращает среднее количество символов, которое требуется на одну букву сообщения.
Когда помехи отсутствуют, то это обеспечивает прямой выигрыш по времени трансляции информации или по объёму устройства памяти, то есть это ведёт к повышению эффективности системы. Данная система кодирования именуется эффективным кодированием.
Если присутствуют помехи в канале связи, то система эффективного кодирования даёт возможность преобразования входной информации в символьную последовательность, которая наиболее подготовлена для дальнейших преобразований, то есть максимально сжата. Специальное устройство, именуемое канальным кодером, обеспечивает необходимую достоверность при трансляции или сохранении информации за счёт прибавления избыточности, но уже при помощи более простых алгоритмов и при учёте статистических закономерностей наличия помех в каналах связи. Такой тип кодирования называется помехоустойчивым.
Целесообразность ликвидации избыточности в сообщении способами эффективного кодирования с дальнейшим использованием перекодирования при помощи помехоустойчивого кода объясняется тем обстоятельством, что избыточность передатчика сообщения, как правило, не согласуется со статистическими закономерностями помех в канале связи и, следовательно, её невозможно использовать полностью, чтобы повысить достоверность получаемого сообщения, однако есть возможность подбора подходящего для помех данного типа помехоустойчивого кода.
