Кодирующее устройство это кратко

Обновлено: 05.07.2024

Код ОГЭ: 1.2.2 Кодирование и декодирование информации.

Кодирование информации

■ Кодирование информации — процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования информации, в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической переработки.

В процессах восприятия, передачи и хранения информации живыми организмами, человеком и техническими устройствами происходит кодирование информации. В этом случае информация, представленная в одной знаковой системе, преобразуется в другую. Каждый символ исходного алфавита представляется конечной последовательностью символов кодового алфавита. Эта результирующая последовательность называется информационным кодом (кодовым словом, или просто кодом).

Примерами кодов являются последовательность букв в тексте, цифр в числе, двоичный компьютерный код и др.

Преобразование знаков или групп знаков одной знаковой системы в знаки или группы знаков другой знаковой системы называется перекодированием.

Кодирование может быть равномерным и неравномерным. При равномерном кодировании все символы заменяются кодами равной длины; при неравномерном кодировании разные символы могут кодироваться кодами разной длины (это затрудняет декодирование). Неравномерный код называют еще кодом переменной длины.

Вначале код Морзе был создан для букв английского алфавита, цифр и знаков препинания. Принцип этого кода заключался в том, что часто встречающиеся буквы кодировались более простыми сочетаниями точек и тире. Это делало код компактным. Позже код был разработан и для символов других алфавитов, включая русский.

Коды Морзе для некоторых букв.

Чтобы избежать неоднозначности, код Морзе включает также паузы между кодами разных символов.

Декодирование информации

В зависимости от системы кодирования информационный код может или не может быть декодирован однозначно. Равномерные коды всегда могут быть декодированы однозначно.

Для однозначного декодирования неравномерного кода важно, имеются ли в нем кодовые слова, которые являются одновременно началом других, более длинных кодовых слов.

Неравномерные коды, для которых выполняется условие Фано, называются префиксными. Префиксный код — такой неравномерный код, в котором ни одно кодовое слово не является началом другого, более длинного слова. В таком случае кодовые слова можно записывать друг за другом без разделительного символа между ними.

Например, код Морзе не является префиксным — для него не выполняется условие Фано. Поэтому в кодовый алфавит Морзе, кроме точки и тире, входит также символ–разделитель — пауза длиной в тире. Без разделителя однозначно декодировать код Морзе в общем случае нельзя.

КОДИ́РУЮЩЕЕ УСТРО́ЙСТВО, уст­рой­ст­во (схе­ма) для пре­об­ра­зо­ва­ния ин­фор­ма­ции в сиг­нал или со­во­куп­ность сиг­на­лов в со­от­вет­ст­вии с оп­ре­де­лён­ным ко­дом. Ко­ди­ро­ва­нию мо­жет быть под­верг­ну­та толь­ко ин­фор­ма­ция, пред­став­лен­ная в фор­ме дис­крет­ных сиг­на­лов. Для ко­ди­ро­ва­ния ана­ло­го­во­го (не­пре­рыв­но­го) сиг­на­ла не­об­хо­ди­мо сна­ча­ла осу­ще­ст­вить кван­то­ва­ние сиг­на­ла (пре­об­ра­зо­ва­ние в по­сле­до­ва­тель­ность дис­крет­ных сиг­на­лов). Обыч­но ко­ди­ру­ют­ся ве­ли­чи­ны, пред­став­лен­ные в ви­де элек­трич. сиг­на­лов или ме­ха­нич. пе­ре­ме­ще­ний (по­во­рот­ных, ли­ней­ных). Ве­ли­чи­ны др. фи­зич. при­ро­ды, как пра­ви­ло, пред­ва­ри­тель­но пре­об­ра­зу­ют в од­ну из ука­зан­ных форм пред­став­ле­ния.

Линейные корректирующие коды наиболее часто используются для исправления и обнаружения ошибок в цифровых устройствах обработки и хранения информации, где надежность кодирующих и декодирующих устройств соизмерима с надежностью самого вычислительного канала. В связи с этим кодирующее и декодирующее устройства здесь должны:

– иметь минимальную сложность;

– иметь минимальные задержки.

В наиболее полной степени эти требования выполняются при параллельной передаче информации, что в таких системах является приемлемым вследствие сравнительно малых расстояний между взаимодействующими блоками. Именно на этот способ передачи информации и ориентированы рассматриваемые ниже устройства. Схемы построены для контрольной матрицы (2.19).

Кодирующее устройство (кодер).

Кодирующее устройство реализует следующие уравнения для выполнения проверочных символов:

Рис. 2.2. Функциональная схема кодера

На вход кодера подается безизбыточная -значная ( ) комбинация. В кодере с помощью сумматоров по модулю 2 ( ) в соответствии с (2.19) вычисляются контрольные символы , , и присоединяются к информационным. В результате на выходе появляется n-значная ( ) комбинация линейного кода. Задержка между моментом появления входной комбинации и окончанием формирования выходной определяется только временем распространения сигнала в одном сумматоре (сумматоры работают параллельно).

Декодирующее устройство (декодер).

Декодер выполняет следующие функции:

– вычисляет синдром ошибки в принятом КВ;

– дешифрирует синдром ошибки;

– инвертирует ошибочный разряд.

Функциональная схема декодера представлена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Функциональная схема декодера

На вход декодера подается подлежащий декодированию КВ.

Схема вычисления синдрома собрана на сумматорах по модулю 2 и реализует следующие уравнения:

Если ошибка отсутствует, вектор синдрома состоит из одних нулей. На всех выходах дешифратора ДШ при этом будут нули.

При наличии ошибки вектор синдрома будет совпадать с одним из столбцов контрольной матрицы (2.19) и 1 появится только на выходе ДШ, соответствующем ошибочному разряду. В целом состояния выходов ДШ определяются следующей таблицей:

Исправление (инвертирование) искаженного информационного разряда осуществляется с помощью сумматоров по модулю 2 , выполняющих функции управляемых инверторов. Возможность такого использования сумматоров видна из таблицы его состояний:

Если рассматривать вход в качестве управляющего, а – информационного, то из таблицы видно, что при информационный сигнал передается на выход без инверсии, а при – инвертируется. В рассматриваемой схеме декодера роль управляющих сигналов выполняют сигналы, поступающие с выходов ДШ.

Минимальная задержка между моментом появления КВ на входе декодера и моментом, когда исправленная информационная часть КВ может быть передана на обработку, определяется выражением: , где – время распространения сигнала в 4-хвходовом сумматоре ( ); – время распространения сигнала в ДШ; – время распространения сигнала в 2-хвходовом сумматоре ( ).

Линейные корректирующие коды наиболее часто используются для исправления и обнаружения ошибок в цифровых устройствах обработки и хранения информации, где надежность кодирующих и декодирующих устройств соизмерима с надежностью самого вычислительного канала. В связи с этим кодирующее и декодирующее устройства здесь должны:

– иметь минимальную сложность;

– иметь минимальные задержки.

В наиболее полной степени эти требования выполняются при параллельной передаче информации, что в таких системах является приемлемым вследствие сравнительно малых расстояний между взаимодействующими блоками. Именно на этот способ передачи информации и ориентированы рассматриваемые ниже устройства. Схемы построены для контрольной матрицы (2.19).

Кодирующее устройство (кодер).

Кодирующее устройство реализует следующие уравнения для выполнения проверочных символов:




Рис. 2.2. Функциональная схема кодера

На вход кодера подается безизбыточная -значная ( ) комбинация. В кодере с помощью сумматоров по модулю 2 ( ) в соответствии с (2.19) вычисляются контрольные символы , , и присоединяются к информационным. В результате на выходе появляется n-значная ( ) комбинация линейного кода. Задержка между моментом появления входной комбинации и окончанием формирования выходной определяется только временем распространения сигнала в одном сумматоре (сумматоры работают параллельно).

Декодирующее устройство (декодер).

Декодер выполняет следующие функции:

– вычисляет синдром ошибки в принятом КВ;

– дешифрирует синдром ошибки;

– инвертирует ошибочный разряд.

Функциональная схема декодера представлена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Функциональная схема декодера

На вход декодера подается подлежащий декодированию КВ.

Схема вычисления синдрома собрана на сумматорах по модулю 2 и реализует следующие уравнения:

Если ошибка отсутствует, вектор синдрома состоит из одних нулей. На всех выходах дешифратора ДШ при этом будут нули.

При наличии ошибки вектор синдрома будет совпадать с одним из столбцов контрольной матрицы (2.19) и 1 появится только на выходе ДШ, соответствующем ошибочному разряду. В целом состояния выходов ДШ определяются следующей таблицей:

Исправление (инвертирование) искаженного информационного разряда осуществляется с помощью сумматоров по модулю 2 , выполняющих функции управляемых инверторов. Возможность такого использования сумматоров видна из таблицы его состояний:

Если рассматривать вход в качестве управляющего, а – информационного, то из таблицы видно, что при информационный сигнал передается на выход без инверсии, а при – инвертируется. В рассматриваемой схеме декодера роль управляющих сигналов выполняют сигналы, поступающие с выходов ДШ.

Минимальная задержка между моментом появления КВ на входе декодера и моментом, когда исправленная информационная часть КВ может быть передана на обработку, определяется выражением: , где – время распространения сигнала в 4-хвходовом сумматоре ( ); – время распространения сигнала в ДШ; – время распространения сигнала в 2-хвходовом сумматоре ( ).

Кодер с линейной шкалой квантования называется линейным, а с нелинейной шкалой квантования называется нелинейным.

Квантование сигнала с линейной шкалой характеристики не позволяет получить высокое качество передачи сигнала с малой амплитудой. Поэтому в системах ИКМ-ВРК квантование с линейной шкалой практически не применяется. Необходимое качество передачи сигналов достигается, при выполнении квантования с неравномерной шкалой. Однако кодеры с нелинейной шкалой строятся на базе кодеров с линейной шкалой квантования. По этой причине рассмотрим вначале принцип построения и работы кодером с линейной шкалой квантования.

  • счетного типа;
  • взвешивающего типа;
  • матричные.

Наиболее просто двоичное кодирование осуществляется в кодерах взвешивающего типа. Принцип работы таких кодеров заключается в уравновешивании кодируемых отсчетов эталонными токами или просто эталонами с определенными весами (значениями). Кодирование в этом случае можно представить как процесс поэтапного взвешивания на чашечных весах, снабженных указателями "больше — меньше". На одну чашу весов помещается кодируемый отсчет, а на другую последовательно устанавливают эталоны (гири), начиная с эталона наибольшего веса. На каждом из этапов (тактов) взвешивания по указателю "больше — меньше" принимают соответствующее решение: если отсчет тяжелее эталона, то последний оставляют на чаше весов и добавляют эталон следующего меньшего веса. В противном случае первый эталон снимают и устанавливают эталон меньшего веса. Очевидно, что по окончании взвешивания отсчет будет уравновешен эталонами, сумма которых с точностью до эталона наименьшего веса будет равна “весу” отсчета. Значение эталона наименьшего веса и будет максимально возможной ошибкой квантования. Если результат каждого из этапов взвешивания записать, отмечая единицей, оставление эталона на чаше весов, а нулем его снятие, го по окончании взвешивания получим запись веса отсчета в двоичном коде. Процесс декодирования (восстановление передаваемой амплитуды отсчета) в этом случае может быть представлен как суммирование эталонов "гирь" с весовыми значениями тех разрядов, где в кодовой комбинации имеются единицы. Принцип построения кодера с линейной характеристикой квантования показан на рис. 1.

Для упрощения работы рассмотрим кодирование однополярных положительных импульсов. Кодер содержит компаратор К. генератор эталонных токов ГЭТ, логическое устройство ЛУ, преобразователь кода ПК.

Компаратор (указатель "больше - меньше") определяет знак разности между амплитудами токов кодируемого сигнала (отсчета) Iс и суммой эталонных токов Iэт, Iс-Iэт. Если в момент такта кодирования эта разность положительная, т. е. Iс m - 1 Δ, где m - разрядность кодовой комбинации. Структура кодовой группы формируется на выходах 1, 2 …, m логического устройства. На рис. 63 показано формирование 7-разрядной кодовой группы. Перед началом кодирования все выходы ЛУ устанавливаются в состояние 0. В моменты, предшествующие такту кодирования, выходы ЛУ последовательно, начиная с первого, переводятся в состояние 1. Решение компаратора это состояние сохраняет, если в момент такта кодирования на его выходе формируется 0: если на выходе компаратора формируется 1, выход ЛУ переводится в 0. Состояние выхода ЛУ, отмеченное как 1, означает замыкание соответствующего ключа или подключение эталонного тока определенного веса в точку суммирования эталонных токов (вход 2 компаратора). Состояние 1 первого выхода ЛУ замыкает Кл1, второго выхода - Кл2, . седьмого выхода - Кл7.

Работу кодера можно пояснить на примере кодирования положительного отсчета с амплитудой Iс= 105.3Δ. Кодирование такого отсчета производится 7-разрядной кодовой группой, что позволяет закодировать 128 уровней. Для этого используется семь эталонных токов с условными весами Δ, 2Δ, 4Δ …, 64Δ (см. рис. 1).

Кодируемый отсчет Iс подается на первый вход (1) компаратора, цикл кодирования начинается с установки первого выхода ЛУ в состояние 1 или замыкания ключа Кл1. Поскольку разность Iс-Iэт>0, то в первом такте кодирования на выходе компаратора будет сформирован 0. состояние 1 первого выхода ЛУ сохранится и в состояние 1 переводится второй выход ЛУ В результате суммарное значение эталонных токов перед началом второго такта становится равным 96.

Второй этап кодирования—определение и кодирование номера сегмента, в котором заключена амплитуда отсчета, начинается с того, что в состояние 1 переводится второй выход ЦР и на вход 2 компаратора подается ток Iэт4 величиной 128 усл. ед. (узел 4 характеристики компрессии). Поскольку в этом случае Iс > Iэт, во втором такте кодирования на выходе компаратора будет сформирован 0, и состояние 1 второго выхода ЦР сохранится. Далее эталон 128 усл. ед. снимается и в состояние 1 переводится третий выход ЦР, в результате чего на вход 2 компаратора вместо Iэт4 подается Iэтб величиной 512 усл. ед. В этом случае Iс Iэт5, то в четвертом такте кодирования на выходе компаратора будет 0, и состояние четвертого выхода ЦР сохранится. Итак, по окончании второго этапа кодирования 2. 4-й выходы ЦР будут отмечены состоянием 101 соответственно, что в двоичном коде определяет номер узла (сегмента), в пределах которого находится амплитуда кодируемого отсчета — узел 5 (сегмент С5).

Третий этап кодирования- определение и кодирование номера уровня квантования сегмента, в пределах которого находится амплитуда отсчета Iс. Таких уровней квантования в пределах каждого сегмента 16, и все они могут быть получены с помощью дополнительных эталонных значений (см. табл. 1).

Для данного примера, когда Iс находится в сегменте 6, используются дополнительные эталонные значения 128. 64, 32, 16 усл.ед., а шаг квантования равен 16 усл. ед. В начале третьего этапа кодирования в состояние 1 переводится 5-й выход ЦР и к эталонному току 256 усл. ед. добавляется эталонный ток 128 усл. ед. Суммарный ток на входе 2 компаратора в этом случае составит 384 усл. ед. Поскольку при этом Ic > Iэт, в пятом такте кодирования на выходе компаратора будет 0 и состояние 1 пятого выхода сохранится. В состояние 1 переводится 6-й выход ЦР. и к эталонным токам 384 усл. ед. прибавляется эталонный ток 64 усл. ед.

Для уменьшения искажений при декодировании используется еще 12-й корректирующий эталон, равный значению 0.5 шага квантования сегмента. Для данного примере он равен 8 усл.ед. и общее значение будет равно 408 усл.ед.

Читайте также: