Лекция №14. Сжатие данных в ЦСС

Структурная схема системы с информационной обратной связью (ИОС) и решающей обратной связью (РОС), характеристики и алгоритмы работы

В системах с ИОС (рисунок 13.2,б) по обратному каналу передаются сведения о поступающих на приемник кодовых комбинациях (или элементах комбинации) до их окончательной обработки и принятия заключительных решений. При разговоре по телефону часто используют ретрансляционную ИОС, когда в условиях сильных помех просят собеседника повторить переданное сообщение, чтобы убедиться, что он его воспринял правильно. При правильном повторении передающий дает подтверждение, а при неправильном - повторяет сообщение еще раз. Частным случаем ИОС является полная ретрансляция поступающих на приемную сторону кодовых комбинаций или их элементов. Соответствующие системы получили название ретрансляционных. В более общем случае приемник вырабатывает специальные сигналы, имеющие меньший объем, чем полезная информация, но характеризующие качество ее приема, которые по каналу ОС направляются передатчику. Если количество информации, передаваемое по каналу ОС (квитанции), равно количеству информации в сообщении, передаваемом по прямому каналу, то ИОС называется полной. Если же содержащаяся в квитанции информация отражает лишь некоторые признаки сообщения, то ИОС называется укороченной. Таким образом, по каналу ОС передается или вся полезная информация или информация о ее отличительных признаках, поэтому такая ОС называется информационной.

Рисунок 13.2 - Структурные схемы ПД с ОС

ПК_пер-передатчик прямого канала; ПК_пр- приемник прямого канала;

ОК_пер- передатчик обратного канала; ОК_пр- приемник обратного канала;

РУ-решающее устойство.

В системах с РОС (рисунок 13.2, а) приемник, приняв кодовую комбинацию и проанализировав ее на наличие ошибок, принимает окончательное решение о выдаче комбинации потребителю информации или о ее стирании и посылке по обратному каналу сигнала о повторной передаче этой кодовой комбинации (переспрос). Поэтому системы с РОС часто называют системами с переспросом, или системами с автоматическим запросом ошибок (АЗО). В случае принятия кодовой комбинации без ошибок приемник формирует и направляет в канал ОС сигнал подтверждения, получив который, передатчик ПК_пер передает следующую кодовую комбинацию. Таким образом, в системах с РОС активная роль принадлежит приемнику, а по обратному каналу передаются вырабатываемые им сигналы решения (отсюда и название —решающая ОС).

В системе с РОС по прямому каналу передаются информационные комбинации длиной п единичных элементов и команды решения, а по каналу обратной связи — служебные комбинации. В системе с ИОС по прямому каналу передаются информационные комбинации длиной k единичных элементов и команды решения, а по каналу ОС — проверочные комбинации длиной n—k единичных элементов. При n—k<k система с РОС подобна системе с укороченной ОС, при n—k=k — системе ИОС с полной ОС. Нередко при сравнении систем с РОС и ИОС игнорируется это обстоятельство и сопоставляются системы с РОС при n—k≤k с системой с полной (ретрансляционной) ОС. В результате сравнения несопоставимых систем делается вывод о том, что скорость передачи в системе с РОС указанного типа вдвое выше, чем в рассмотренной системе с ИОС.

Виды системы с РОС: системы с ожиданием служебных сигналов, системы с непрерывной передачей и блокировкой, системы с адресным переспросом. В настоящее время известны многочисленные алгоритмы работы систем с ОС. Наиболее распространенными среди них являются системы: с РОС с ожиданием сигнала ОС; с безадресным повторением и блокировкой приемника и с адресным повторением.

Системы с ожиданием после передачи кодовой комбинации либо ожидают сигнал обратной связи, либо передают ту же кодовую комбинацию, 'но передачу следующей кодовой комбинации начинают только после получения подтверждения по ранее переданной комбинации.

Системы с блокировкой осуществляют передачу непрерывной последовательности кодовых комбинаций при отсутствии сигналов ОС по предшествующим S комбинациям. После обнаружения ошибок в (S+1)-й комбинации выход системы блокируется на время приема S комбинаций, в запоминающем устройстве приемника системы ПДС стираются S ранее принятых комбинаций, и посылается сигнал переспроса. Передатчик повторяет передачу S последних переданных кодовых комбинаций.

Системы с адресным повторением отличает то, что кодовые комбинации с ошибками отмечаются условными номерами, в соответствии с которыми передатчик производит повторную передачу только этих комбинаций.

Алгоритм защиты от наложения и потери информации. Системы с ОС могут отбрасывать либо использовать информацию, содержащуюся в забракованных кодовых комбинациях, с целью принятия более правильного решения. Системы первого типа получили название систем без памяти, а второго - систем с памятью.

Для обеспечения передачи с требуемой достоверностью в течение за­данного интервала времени используются структурный и информационный резервы, рекомендуемые теорией надежности, а также введение информаци­онной избыточности в передаваемые сообщения, рекомендуемой теорией помехоустойчивого кодирования. Информационная избыточность обеспечи­вается многократным повторением передаваемой информации или примене­нием корректирующего кода, позволяющего на приемной стороне обнару­жить или исправить ошибки.

Введение структурного резерва заключается в использовании для одновременной передачи одного сообщения нескольких каналов связи. Принятые сообщения сравниваются, например, по принципу голосования. Правильной считается информация, принятая одинаковой в большинстве каналов. Для управления процессом передачи необходима обратная связь, которая обеспечивается обратным каналом.

На основе теории надежности и теории помехоустойчивого кодиро­вания для повышения достоверности передачи информации находят при­менение следующие методы:

1) Регенерация формы сигналов в центрах коммутации сетей или в их промежуточных звеньях - ретрансляторах.

Этот метод используется в системах передачи, имеющих длинные линии связи, в которых сигналы могут быть значительно ослаблены и ис­кажены, например, в оптических радиолиниях. В ретрансляторах принятые сигналы усиливаются, восстанавливаются по форме и передаются далее по линии связи.

2) Многократная передача одного итого же блока данных по одному каналу и сравнение принятых блоков с помощью мажоритарных устройств (устройств, работающих по принципу голосования). В этом случае блоки данных передаются последовательно, что увеличивает время передачи со­общения, как минимум, в три раза.

3) Передача одного и того же блока данных одновременно по одному каналу на разных частотах и сравнение принятых блоков по мажоритарно­му принципу. В этом случае полоса частот, отводимая для передачи одного сообщения, увеличивается в несколько раз.

4) Передача одного и того же блока данных одновременно по одному аналоговому каналу несколькими гармоническими несущими одной часто­ты, но сдвинутыми по фазе относительно друг друга. Такой метод не требует расширения полосы частот в канале связи.

5) Использование в передаваемом блоке данных длиной n бит не всех возможных комбинаций N₀ = 2ⁿ, а лишь некоторого их ограниченного чис­ла разрешенных комбинаций: N_p < N₀. На приемной стороне, хранящей в памяти все разрешенные комбинации, сравниваются принятые блоки с разрешенными. Несовпадение принятой комбинации с разрешенными оз­начает искажение в принятом блоке данных.

6) Использование корректирующих кодов, заключающееся во введе­нии в передаваемый блок данных дополнительных проверочных разрядов, которые позволяют обнаружить искажения. Контрольные биты формиру­ются по алгоритмам.

7) Введение в структуру системы передачи обратного канала связи, который информирует отправителя об искажениях в переданном блоке данных или об их отсутствии. Это позволяет отправителю принимать ре­шения для обеспечения безошибочной передачи блоков данных, следова­тельно, управлять процессами обмена информацией.

Системы передачи информации со структурным резервом могут быть построены как разомкнутые, не имеющие обратной связи, и как замкнутые по структуре - системы с обратной связью. В системах без об­ратной связи, помимо передачи сообщений по нескольким каналам, ис­пользуются корректирующие коды, позволяющие обнаружить и исправить искажения.

Достоверность передачи информации при достаточно простых мето­дах и средствах кодирования можно повысить, если отправитель непре­рывно будет получать информацию о принятых сообщениях и наличии в них ошибок. Такая информация может быть получена с помощью допол­нительного обратного канала, который в структурной схеме передачи формирует обратную связь. При этом передача сигналов будет осуществ­ляться по замкнутому контуру, что позволяет управлять процессами пере­дачи информации; и в соответствии с состоянием канала связи можно вво­дить необходимую информационную избыточность.

Общая структурная схема системы передачи с обратной связью при­ведена на рис.

Сообщение, переданное по прямому каналу связи поступает в анализа­тор приемника, который выделяет информационную часть и делает ее про­верку на наличие ошибок. В случае обнаружения искажений анализатор при­емной стороны формирует сигнал об ошибке с указанием номера искаженно­го блока, который посылается по обратному каналу. Анализатор на стороне отправителя дешифрует этот сигнал и выдает управляющий сигнал на по­вторную передачу блока. Эти процедуры повторяются, пока по обратному каналу не будет передан сигнал подтверждения. Системы передачи, функ­ционирующие по такому принципу, называют системами с решающей обрат­ной связью (РОС).

Передаваемый блок данных поступает в буфер передатчика прямого канала. В анализатор передатчика может поступить или передаваемый блок данных, или его служебная часть. Анализатор выполняет сравнение сигналов от отправителя с сигналами от получателя, принятыми по обрат­ному каналу. При их совпадении анализатор выдает разрешение на пере­дачу следующего блока данных, информируя получателя о том, что пере­дается следующий блок данных.

В случае несовпадения сигналов от отправителя и от получателя анализатор формирует управляющий сигнал на повторную передачу блока данных или другие действия отправителя по обеспечению достоверности передачи информации.

Помимо информирования отправителя о приеме его блока получатель также может передать по обратному каналу связи сообщения, что позволяет в системах с обратной связью выполнять обмен информацией. Например, кон­трольная сумма переданного блока сравнивается с контрольной суммой этого блока, вычисленного на приемной стороне и переданной по обратному каналу.

Сигнал, информирующий отправителя о приеме блока данных без ошибок, может быть сформирован либо на передающей стороне, либо на прием ной следующим и способами:

1) Переданный по прямому каналу блок данных, который может со­держать корректирующий код, возвращается по обратному каналу в анали­затор передающей стороны. Последний сравнивает переданный и приня­тый блоки данных поразрядно. При несовпадении битов какого-либо раз­ряда анализатор формирует сигнал «ошибка», обеспечивающий повторную передачу блока данных и т.д., пока не обеспечится совпадение всех битов в переданном и принятом блоках данных.

Системы передачи, работающие по такому принципу, называют сис­темами с информационной обратной связью (НОС). Основные достоинства таких систем - простота в реализации и возможность получать статистику искажений на передающей стороне.

Однако их применение ограничивается при большом количестве по­мех, так как время передачи одного блока определяется временем передачи от первого блока, принятого с ошибками, до приема последнего, принятого без ошибок. Искажения могут возникнуть и при передаче неискаженного блока по обратному каналу.

2) Передаваемые блоки данных строятся в форме двоичных комбина­ций корректирующего избыточного кода, позволяющего обнаружить иска­жения на приемной стороне с помощью анализатора (рис. 6.3.1) путем деко­дирования корректирующего кода. Если искажения не обнаружены, то ана­лизатор посылает в передатчик обратного канала подтверждение о безоши­бочно переданном блоке. Анализатор на передающей стороне дешифрует это подтверждение и выдает управляющий сигнал на передачу следующего бло­ка данных и выдачу получателю неискаженного блока.

Достоинства систем передачи информации с РОС:

- меньшая, чем в системах с ИОС загрузка обычного канала связи; возможность организации полудуплексного обмена информацией.

Недостатком систем с РОС является отсутствие возможностей сбора информации об ошибках и их характере (одиночные, групповые) у отпра­вителя сообщений.

3) Как и в системах передачи с РОС при необнаруженных искажениях в принятом блоке по обратному каналу посылается подтверждение. В случае об­наружения искажений по обратному каналу может быть послан искаженный блок данных. Это дает возможность отправителю количественно оценивать ха­рактер искажений в переданных блоках путем статистической обработки. В со­ответствии с этим можно будет увеличивать избыточность корректирующего кода или принимать другие меры для повышения достоверности передачи ин­формации.

Системы передачи информации, функционирующие по такому прин­ципу, называют системам и с комбинированной обратной связью (КОС).

Цель лекции: изучение алгоритмов сжатия данных и видов сжатия данных.

1. Применение эффективного (статистического) кодирования для сжатия данных.

2. Алгоритмы сжатия без потерь: RLE, LZW (Лемпелла - Зива - Узлча), Хаффмана.

3. Особенности применения алгоритма Хаффмана в факсимильной связи (Использование алгоритма с фиксированной таблицей CCIT).

Дата добавления: 2014-10-22