Кодирующие и декодирующие устройства реферат

Обновлено: 05.07.2024

■ 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.

Шифратор (кодер) – это функциональный узел, предназначенный для преобразования поступающих на его входы управляющих сигналов (команд) в n – разрядный двоичный код. В частности, такими сигналами или командами могут быть десятичные числа, например, номер команды, который с помощью шифратора преобразуется в двоичный код.
В качестве примера разработаем схему 3 – разрядного шифратора. Вначале следует построить таблицу кодов (таблицу истинности), в которой код номера сигнала представим, например, двоичным кодом (Рисунок 27,а). Схема, реализованная на элементах ИЛИ, приведена на рисунке 27,б.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Кодирующие.doc

Кодирующие и декодирующие устройства

В качестве примера разработаем схему 3 – разрядного шифратора. Вначале следует построить таблицу кодов (таблицу истинности), в которой код номера сигнала представим, например, двоичным кодом ( Рисунок 27,а). Схема, реализованная на элементах ИЛИ, приведена на рисунке 27,б.

Рисунок 27 Таблица кодов 3 – разрядного шифратора а), его функциональная схема б) и УГО в).

На рисунке 28 приведено УГО схемы 3-х разрядного приоритетного шифратора на 8 входов.

Рисунок 28 3 – разрядный приоритетный шифратор К555ИВ1 а)

и соединение двух МС б)

Таким образом, с выходов 1, 2, 4, 8 можно снять прямой код, соответствующий номеру входа, на который подан входной сигнал.

4.2.2 Дешифраторы ( декодеры)

б) – функциональная схема

Дешифраторы широко используются в устройствах управления, где они формируют управляющий сигнал в соответствии с входным кодом, который воздействует на какое-либо исполнительное устройство.

Интегральные микросхемы дешифраторов изготавливаются с дополнительными входами, например, с входом разрешения (стробирования). Стробирование позволяет исключить появление на входах дешифратора ложных сигналов, запрещая его работу в интервале времени переходного процесса при изменении цифрового кода на входе.

Наличие двух входов стробирования существенно расширяет возможности использования микросхем. Из двух микросхем ИД3, дополненных одним инвертором, можно собрать дешифратор на 32 выхода ( рисунок 31), а из 17 микросхем – дешифратор на 256 выходов (рисунок 32).

Рисунок 32 Дешифратор на 256 выходов

4.3 Коммутаторы цифровых сигналов

Мультиплексор – функциональный узел, который имеет n- адресных входов, информационных входов, один выход и осуществляет управляемую коммутацию информации, поступающей по N входным линиям, на одну выходную линию. Коммутация определённой входной линии происходит в соответствии с двоичным адресным кодом

В простейшем случае при двухразрядном адресном коде (n=2) максимальное число входных адресных линий равно . Таблица истинности такого мультиплексора приведена на рисунке 33,а.

Рисунок 33 Мультиплексор 4: 1 а) – Таблица истинности;

б) – Функциональная схема; в) – Условное графическое обозначение.

Характеристическое равнение такого мультиплексора, записанное в

соответствии с таблицей истинности, имеет вид:

Условное графическое обозначение мультиплексора, в соответствии с ГОСТ 2. 743 – 91, приведено на рисунке 33,в.

В настоящее время промышленность выпускает МС, в серии которых входят мультиплексоры с n=2, 3 и 4 адресными входами. При n=2 выпускаются сдвоенные четырёхканальные ( =4) мультиплексоры, число входных информационных сигналов которых равно + =8.

УГО сдвоенного 4 – канального мультиплексора со стробированием К555КП12 приведено на рисунке 34,а

Рисунок 34 Сдвоенный 4 – канальный мультиплексор К555КП12 а) и

8– канальный мультиплексор на его основе б).

Схема мультиплексора 8:1 на основе сдвоенного 4 – канального мультиплексора со стробированием приведена на рисунке 34,б.

В общем случае на информационные входы можно подавать не постоянные логические уровни, тогда на выходе мультиплексора реализуется логическая функция с большим числом переменных.

4.3.2 Дешифраторы – демультиплексоры

Демультиплексор – это функциональный узел, осуществляющий управляемую коммутацию информацию, поступающую по одному входу, на N выходов. Таким образом, демультиплексор реализует операцию, противоположную той, которую выполняет мультиплексор.

Обобщённая схема демультиплексора приведена на рисунке 35. В общем случае число выходных линий N определяется количеством адресных входов n и равно .

Для случая n=2 функционирование демультиплексора осуществляется в соответствии с таблицей истинности, приведённой на рисунке 36,а

Рисунок 35 Обобщённая схема демультиплексора

Рисунок 36 Таблица истинности – а) и

функциональная схема 4 – канального демультиплексора – б)

Из таблицы истинности записываем характеристические уравнения демультиплексора:

В качестве примера рассмотрим микросхему К155ИД4, УГО которой приведено на рисунке 37,а. Это сдвоенный 4 – канальный дешифратор –демультиплексор. Каждая секция имеет один информационный вход (D и ), один вход разрешения , четыре выхода и два общих адресных входа Возможные способы включения и режимы работы показаны на рисунке 36,б.

Рисунок 37 Микросхема К155ИД4 а) и возможные режимы её работы б).

Наличие у МС прямого и инверсного информационных входов позволяет простым их объединением получить третий адресный разряд а3,, а двух инверсных входов разрешения – общий вход разрешения дешифратора 3:8 или информационный вход демультиплексора 1:8.

Рассмотренную выше микросхему дешифратора К155ИД3 можно использовать в качестве демультиплексора с форматом 1:16. При этом входы разрешения дешифрации используются в качестве основного информационного входа Х, а адресные входы и выходы используются по прямому назначению.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

1.Понятие кодирования и декодирования. 2

Понятие кодирования и декодирования.

Использование электронно-вычислительных машин для переработки информации явилось коренным этапом в совершенствовании систем планирования и управления на всех уровнях народного хозяйства. Однако при этом, в отличие от обычных способов сбора и обработки информации, возникли проблемы преобразования информации в символы, понятные для машины. Неотъемлемым элементом этого процесса является кодирование информации.

Кодом принято называть совокупность символов, соответствующих элементам информации или ее характеристикам. Сам процесс составления кода в виде совокупности символов или списка сокращений для соответствующих элементов и характеристик называется кодированием. В литературе термин код иногда заменяется идентичным ему термином шифр

Цель кодирования состоит в том, чтобы представить информацию в более компактной и удобной форме для оперирования при передаче и обработке информации ; приспособить кодированную информацию к обработке на вычислительных устройствах ; обеспечить использование некоторого определенного метода поиска , сортировки и упорядочения информации.

Принципиальная схема обработки информации состоит из поиска, сортировки и упорядочения , в которой кодирование является частью операции ввода данных в виде входных кодов. В результате обработки информации получаются выходные коды, которые после их декодирования выдаются как результат проведенной обработке.

Декодирование является операцией , обратной кодированию. Если при кодировании происходит преобразование информации в сигналы в виде определенного сочетания символов , соответствующих данному объекту или его характеристике , то при декодировании , наоборот , по заданному коду определяется соответствующий объект или его признаки. Например, в телефонном справочнике указан код , т.е. номер телефона , связанный с некоторым элементом (лицом или учреждением ). Операция декодирования состоит из набора кода номера телефона , который в виде сигналов поступает в АТС, где декодируется с помощью электрической схемы.

Процесс кодирования информации может производиться либо ручным , либо автоматическим способом. При ручном , неавтоматическом способе кодирования вручную отыскивается нужный код в предварительно составленном каталоге кодов и записывается в документе в виде цифровых или алфавитно-цифровых символов. Затем документ поступает в вычислительный центр , где оператор с помощью клавишного устройства перфорирует записанную информацию на перфокарте или перфоленте. Затем перфокарты или перфоленты вводятся в ЭВМ , информация кодируется в машинный (двоичный) код. Таким образом информация дважды кодируется вручную : при записи ее на документ и при переноски данных на машинные носители.

При автоматическом способе кодирования человек производит запись на естественном языке в виде слов, цифр и общепринятых обозначений в документе , который читается специальным автоматом. Этот автомат предварительно кодирует документ и записывает все данные на магнитную ленту в двойном коде. Лента затем вводится в ЭВМ, где информация с помощью “машинного словаря “ снова кодируется в более короткий машинный код, удобный для ее поиска, сортировки и обработки.

Ввод информации в ЭВМ в виде буквенно-цифрового текста на естественном языке и кодировании в машине требует хранения в памяти ЭВМ словаря, в котором каждому слову соответствует определенный код.По этому словарю машина сама кодирует текст. При этом отпадает необходимость в классификации и кодировании информации по ее смысловому содержанию, так как котируются сами слова, выражающие определенные характеристики предметов.

Большое разнообразие технических характеристик и других данных, относящихся к производству и потреблению многочисленных видов продукции, не позволяет включить все необходимые данные для их производства в код продукции, так как этот код содержал бы большое число символов.

Поэтому задача кодирования продукции заключается в том, чтобы иметь возможно более короткий код, по которому в памяти машины можно было бы найти подробную информацию о всех необходимых данных, относящихся к каждому изделию.Таким кодом является ключевой код.Для каждого ключевого кода в памяти ЭВМ должен храниться массив данных, которые извлекаются из памяти и используются для решения различных задач.Этот массив информации должен быть единым для всех решаемых задач, например каталогом продукции, где в одном месте хранятся все необходимые данные о каждом предмете. Разделение его на ряд отдельных массивов,записанных, например, на различных участках магнитной ленты, нецелесообразно, так как это привело бы к повторению одной и той же информации и увеличению объема хранимой информации.

Основное требование к ключевому коду - однозначный поиск ЭВМ признаков, относящихся к данному предмету, для которого ключевой код является адресом.

Ключевой код может быть просто порядковым регистрационным номером и не нести какой-либо конкретной информации о продукции или,наоборот, может быть построен по определенной системе классификации и содержать конкретную информацию об основных прзнаках продукции, вполне ее определяющих.

Второй способ кодирования более эффективен,так как регистрационный код не дает возможности осуществить предварительную сортировку информации по ее содержанию.

Ключевой код позволяет производить сортировку карточек продукции по главным определяющим признакам. Детальная спецификация и ее остальные характеристики находятся в предварительно отсортированных карточках.

Код , символы которого соответствуют определенным предметам или характеристикам , называется прямым кодом . Если код непосредственно не содержит информацию о предмете или его признаках , а представляет адрес , указывающий местоположение информации , где содержится необходимые сведения , то он называется адресным кодом. Адресный код применяется для сокращения кода и быстрого поиска больших массивов информации.

За единицу количества информации принимается 1 бит , т.е. один двоичный разряд (0 или 1). Буквы , десятичные цифры и другие символы внутри ЭВМ представляются в виде групп двоичных разрядов. Операция представления их в таком виде называется двоичным кодированием. Группа из n двоичных чисел позволяет закодировать 2n различных символов. Такая группа называется байтом.

Более крупной единицей информацией является машинное слово , представляющее собой последовательность символов , занимающих одну ячейку в памяти машины. В зависимости от ЭВМ машинного слова может колебаться в пределах— от 16 до 64 двоичных разрядов. машинное слово может быть командой , числом или буквенно-цифровой последовательностью. Обычно машинное слово используется как единое целое в ЭВМ , хотя на некоторых машинах допускается обработка частей машинного слова.

Массив информации , содержащий 1024 машинных слова , называется страницей. Каждый отдельный блок памяти содержит обычно 16 и более страниц. Местоположение (адрес) слова в памяти определяется кодом адреса , содержащим номер блока , страницы и номера слова в этой странице.

Для упорядочения информации о множестве объектов , а также для облегчения их поиска и сортировки по заданным признакам или характеристикам применяется классификация этого множества. Классификация—это условное разбиение множества на ряд классов , подклассов и других группировок по принятой системе счисления и по заданным признакам и характеристикам. Классификационный код—это такой код , в котором отдельными символами или группой символов представлен каждый из классифицируемых признаков или каждая конкретная характеристика предмета.

Структура и число символов классификационного кода целиком определяется принятой классификацией множества , которая , в свою очередь , зависит от поставленных целей и задач. В классификационном коде каждый символ заключает в себе определенную информацию о конкретном признаке или характеристике предмета. В отличии от этого порядковый ,или регистрационный код , содержащий присвоенный данному предмету порядковый номер при его регистрации без учета его признаков и характеристик , может служить только адресом для поиска местоположения информации о данном предмете. Во многих случаях применяются смешанные коды , в которых имеется как классификационная часть , так и порядковые номера для списка классифицируемых предметов множества.

Декодирование комбинаций циклического кода можно проводить различными методами. Существуют методы, основанные на использовании рекуррентных соотношений, на мажоритарном принципе, на вычислении остатка от деления принятой комбинации на образующий многочлен кода и др. Целесообразность применения каждого из них зависит от конкретных характеристик используемого кода.

Рассмотрим сначала устройства декодирования, в которых для обнаружения и исправления ошибок производится деление произвольного многочлена f(x), соответствующего принятой комбинации, на образующий многочлен кода g₀(x). В этом случае при декодировании могут использоваться те же регистры сдвига, что и при кодировании.

В случае исправления ошибок схема несколько усложняется. Информацию о разрядах, в которых произошла ошибка, несет, как и ранее, остаток. Схема декодирующего устройства представлена на рис. 4.17.

Символы подлежащей декодированию кодовой комбинации, возможно, содержащей ошибку, последовательно, начиная со старшего разряда, вводятся в n-разрядный буферный регистр сдвига и одновременно в схему деления, где за n тактов определяется остаток, который в случае непрерывной передачи сразу же переписывается в регистр второй аналогичной схемы деления.

Для декодирования кодовых комбинаций, разнесенных во времени, достаточно одной схемы деления, осуществляющей декодирование за 2n тактов.

Сложность детектора ошибок зависит от числа выделенных синдромом. Простейшие детекторы получаются при реализации кодов, рассчитанных на исправление единичных ошибок.

Выделенный синдром появляется в схеме деления раньше всего в случае, когда ошибка имеет место в старшем разряде кодовой комбинации, так как он первым достигает крайней правой ячейки буферного регистра. Поскольку неискаженная кодовая комбинация делится на g₀(x) без остатка, то для определения выделенного синдрома достаточно разделить на g₀(x) вектор ошибки с единицей в старшем разряде. Остаток, получающийся на n-м такте, и является искомым выделенным синдромом.

В зависимости от номера искаженного разряда после первых тактов будем получать различные остатки (опознаватели соответствующих векторов ошибок). Вследствие этого выделенный синдром будет появляться в регистре схемы деления через различное число последующих тактов, обеспечивая исправление искаженного символа.

В качестве схем деления в декодирующем устройстве могут быть использованы как схемы, определяющие остаток за n тактов (см. рис. 4.11), так и схемы, определяющие остаток за k тактов (рис. 4.13). При использовании схемы деления за k тактов векторам одиночных ошибок ξ(х) будут соответствовать другие остатки на n-м такте, являющиеся результатом деления на образующий многочлен кода векторов ξ(х)х т , а на ξ(x). Поэтому выделенные синдромы, а следовательно, и детекторы ошибок для указанных схем будут различны.

Пример 40. Рассмотрим процесс исправления единичной ошибки при использовании кода (7,4) с образующим многочленом g(x) = х 3 + х 2 + 1 и применении в декодирующем устройстве схем деления за n и k тактов.

Определим опознаватели ошибок и выделенный синдром для случая использования схемы деления за n тактов:

Детектор ошибки, обеспечивающий формирование на выходе сигнала только в случае появления в схеме деления остатка 110, можно реализовать посредством двух логических элементов НЕ и одного логического элемента ИЛИ-НЕ.

На рис. 4.18 приведена схема соответствующего декодирующего устройства. В табл. 4.19 представлен процесс исправления ошибки для случая, когда кодовая комбинация 1001011 (см. табл. 4.18) поступила на вход декодирующего устройства с искаженным символом в 4-м разряде (1000011).

После n (в данном случае 7) тактов в схему деления II переписывается опознаватель ошибки 101.

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: