Кодирования источника

ЭВМ общего назначения имеет работающее с большой скоростью устройство обработки информации (процессор), память большой емкости, широкий набор периферийных устройств для ввода и вывода^ хранения и отображения информации, гибкую систему команд и способ кодирования информации, учитывающие требования научно-технических расчетов и процессов обработки данных.

Информационная совместимость ЭВМ предполагает единые способы кодирования информации и форматы данных или хотя бы по меньшей мере одинаковые или кратные длины машинных слов в различных моделях.

Технические средства САПР разделяются на средства подготовки и ввода данных, передачи данных, программной обработки данных, отображения и документирования данных и архива проектных решений. Средства подготовки и ввода данных служат для автоматизации подготовки и редактирования данных при вводе в ЭВМ различных видов алфавитно-цифровой и графической информации. Они должны предоставлять возможность кодирования информации, нанесения данных на машинные носители, ввода данных в ЭВМ, визуального контроля и редактирования данных при вводе алфавитно-цифровой и графической информации.

В состав индивидуального оборудования систем, в которых используется метод «скользящего индекса», входят согласующее устройство и кодер (в передающей части), декодер и электронное реле (в приемной части). Согласующее устройство служит для преобразования двухполярных телеграфных сигналов в однополярные с требуемым напряжением (около 3 В) в передающей части, а электронное реле — для преобразования однополярных телеграфных сигналов (около 3 В) в двухполярные сигналы требуемого напряжения в приемной части1). Кодер предназначен для кодирования информации о ЗММ (см. 2.7а), а декодер — для расшифровки этой информации. Функциональная схема кодера, использованного в аппаратуре ДАТА, приведена на 4.6, а временные диаграммы, поясняющие его работу, показаны на 4.7.

По способу кодирования информации различают потенциальные и импульсные логические элементы (ИЛЭ). Информация, обрабатываемая потенциальными логическими элементами, характеризуется отличающимися потенциальными уровнями. Если логической единице соответствует высокий потенциальный уровень, а логическому нулю — низкий, то такую логику называют положительной (позитивной). Наоборот, если логической единице соответствует низкий потенциальный уровень, а логическому нулю — высокий, то говорят об отрицательной (негативной) логике.

Информационное обеспечение САПР включает в себя информационный язык, справочно-информационный фонд, систему кодирования, терминальный словарь (тезаурус), средства управления базой данных (СУБД). Наиболее передовой формой организации средств управления являются банки данных. Существуют четыре уровня описания информационного процесса в САПР: информационная модель данных (ИМД), модель доступа к данным, модель внутреннего кодирования информации, модель физической организации памяти.

Лампы накаливания и в настоящее время широко используют для отображения информации. Они просты в эксплуатации, имеют большой срок службы (особенно при пониженном напряжении) и достаточно низкую стоимость. При необходимости кодирования информации цветом применяют цветные фильтры.

Структура сигнала зависит, прежде всего, от способа кодирования информации, т. е. от способа ее отображения в сигнале. В соответствии с самим определением сигналов наиболее общими способами кодирования информации являются ее отображения в законе изменения какой-либо физической величины в пространстве или во времени. Эти способы могут иметь некоторые разновидности.

Первый способ кодирования информации с помощью параметров сигнала используется в тех случаях, когда

Разумеется, описанный способ отображения информации не исключает кодирования путем использования другой временной зависимости и (t). Например, сообщение о победе противника может кодироваться передачей не гармонических колебаний (2), а колебаний другой формы — треугольной, прямоугольной и т. д. Но в рамках описанного способа кодирования информации эти другие колебания также должны иметь определенные фиксированные значения параметров, например амплитуды, периода и др.

В отличие от сигнала (3) сигнал (2) называется немодулированным. Таким образом, в зависимости от способа кодирования информации все сигналы по своей структуре подразделяются на немодулированные и модулированные. Модулированные сигналы в радиотехнике называют также радиосигналами. Немодулированные сигналы используются обычно в качестве модулирующих (управляющих) сигналов. Это не исключает, однако, возможности применения каких-либо модулированных сигналов в качестве управляющих сигналов при модуляции другого сигнала.

На заключительной стадии, когда рассматривается аналоговый выход, декодер источника принимает выходную последовательность от декодера канала и, используя знание метода кодирования источника, применённого на передаче, пытается восстановить исходную форму сигнала источника. Ошибки декодирования и возможные искажения в кодере и декодере источника приводят к тому, что сигнал на выходе декодера источника является аппроксимацией исходного сигнала источника. Разность или некоторая функция разности между исходным и восстановленным сигналом является мерой искажения, внесённого цифровой системой связи.

• разработка эффективных алгоритмов кодирования источника для сжатия данных, таких как алгоритм Зива и Лемпела (1977, 1978) и Линда и др. (1980).

В разд. 3.2 мы ввели меру для информационного содержания дискретной случайно величины X. Когда X является выходом дискретного источника, энтропия Н(Х) источник! определяет среднее количество информации на символ, выдаваемой источником. В это разделе мы рассмотрим процесс кодирования выхода источника, т.е. процес представления выхода источника последовательностью двоичных цифр. Эффективное способа кодирования источника можно измерить путём сравнения среднего количеств двоичных символов кодера на один символ источника и энтропии источника Н(Х).

Теперь предположим, что мы пытаемся уменьшить скорость кодирования R путем мягчения условия однозначности процесса кодирования. Например, предположим, что олько доля LJ блоков символов источника кодируется однозначно. Конкретно, выберем N-\ наиболее вероятных J-символьных блоков и будем кодировать каждый из них днозначно, в то время как оставшиеся L1 -\2N -l) блоков длины J будем представлять цним оставшимся кодовым словом. Эта процедура кодирования вызовет ошибку гкодирования каждый раз, когда источник выдаст такой маловероятный блок. Пусть Ре шачает вероятность такой ошибки. Отталкиваясь от этой процедуры кодирования, 1еннон (1948) доказал следующую теорему кодирования источника.

Теорема кодирования источника I. Пусть Х-это ансамбль символов ДИБП с шечной энтропией Н(Х). Блоки из J символов источника кодируются в двоичные кодовые юва длиной N. Для любого 8>0 вероятность Ре ошибки декодирования можно сделать ;оль угодно малой, если

и доказательство (3.3.8) закончено. Неравенство Крафта можно использовать д доказательства следующей теоремы кодирования источника (без шумов), котор применяется к кодам, удовлетворяющим префиксному условию.

Теорема кодирования источника II. Пусть А'- ансамбль символов двоично! источника без памяти с конечной энтропией Н(Х) и выходными символами xk, 1 < k <\ с соответствующими вероятностями выбора pk,\
Алгоритм кодирования переменной длины (Хаффмена), описанный в предыдущ примерах, генерирует префиксный код, имеющий среднюю длину R , котор удовлетворяет (3.3.9). Однако вместо посимвольного кодирования более эффективж является процедура, основанная на кодировании блоков из J символов одновременно. таком случае границы в (3.3.9) в теореме кодирования источника II становятся другими:

Квантование амплитуд дискретизированного во времени сигнала обеспечивает сжатие данных, но это также приводит к некоторому искажению формы сигнала или потере его точности. Минимизация этих искажений является предметом рассмотрения в данном разделе. Многие результаты, данные в этом разделе, непосредственно применимы к дискретному во времени, непрерывному по амплитуде гауссовскому источнику без памяти. Такой источник служит хорошей моделью для нахождения остаточной ошибки в ряде методов кодирования источника, описанных в разд. 3.5.

Функция скорость-искажение R(D) источника связана со следующей основной теоремой кодирования источника в теории информации.

Удобно разделить методы кодирования аналоговых источников на три вида. Один вид назван временное сигнальное кодирование. При -этом виде кодирования кодер источника проектируется так, чтобы представить в цифрах временные характеристики сигнала источника. Второй тип кодирования источника- спектральное сигнальное кодирование.. В этом случае сигнал обычно подразделяется на различные частотные полоски и либо сигнал каждой полоски, либо его спектральные характеристики кодируются для передачи. Третий тип кодирования источника базируется на математической модели источника, и он называется кодирование на базовой модели.