Domov › Internet › Digitální kódování signálu. Kódování průběhu

Digitální kódování signálu. Kódování průběhu

1. Symetrický binární kód.

2. Struktura kódu.

3. Principy převodu paralelního kódu na sériový

Během procesu kódování je amplituda každého vzorku kvantovaného úrovní AIM reprezentována jako binární sekvence obsahující T znaků (kombinace m-bitového kódu). Chcete-li v nejjednodušším případě určit strukturu kombinace, musíte si zapsat amplitudu AIM v binárním kódu. počítání I aim, vyjádřené v kvantovacích krocích.

Na Obr. Obrázek 5.1 ukazuje časové diagramy, které vysvětlují proces kódování při použití pětibitového binárního kódu. Amplituda vzorků přicházejících na vstup kodéru může v tomto případě nabývat hodnot v rozsahu # aim = 0-31 podmíněných kvantizačních kroků a na výstupu kodéru je generován digitální signál s PCM, který je sekvence pětibitových kombinací kódů.

Jak je uvedeno výše, pro kvalitní přenos telefonních signálů s nerovnoměrnou kvantizací je nutné použít osmibitový kód (t=8, a s uniformou je 12bitový (t=12). V praxi se používají následující typy binárních kódů: přirozený binární kód, symetrický binární kód, reflexní binární kód (Grayův kód).

Symetrický binární kód se používá hlavně při kódování bipolárních signálů (například telefonních signálů). Struktura kódu a kódová tabulka odpovídající tomuto kódu. Pro všechny pozitivní vzorky má symbol znaménka hodnotu 1 a pro negativní 0. U pozitivních a negativních vzorků se stejnou amplitudou se struktury kombinací kódů zcela shodují (kromě znaménkového bitu), tj. symetrický. Například maximální kladný signál odpovídá kódu 11111111 a maximální záporný signál - 01111111. Absolutní hodnota kvantizačního kroku je 6=Ј/O rp/2 m ~ 1.

Přirozený binární kód se používá hlavně pro kódování unipolárních signálů. Zobrazí se struktura kódu a kódová tabulka odpovídající tomuto kódu (pokud t-b). Je zřejmé, že počet kombinací různých struktur je 256, přičemž minimální signál odpovídá kombinaci 00000000 a maximální -11111111. Absolutní hodnota kvantizačního kroku je 6 = £/ limit /2 t.

Pomocí přirozeného binárního kódu je možné zakódovat u-bipolární signály tak, že jim nejprve poskytnete předpětí. V tomto případě se samozřejmě mění amplituda kódovaných vzorků a přechod od amplitudy od* počtu N s> vyjádřeno v kvantovacích krocích, při použití symetrického kódu na amplitudu stejného vzorku I" při použití přirozeného kódu a naopak lze provést následovně:

|I„-128 at Není >\2$, s (# n _127 s I n<128; Ян 1Я с +127 при Я с <0.

Nejjednodušší jsou přirozené a symetrické binární kódy. U přirozených i symetrických kódů může chyba v jednom ze symbolů vést ke značnému zkreslení signálu. Pokud například v kódové kombinaci tvaru 11010011 došlo k chybě v páté číslici, tj. byla přijata kombinace 11000011, bude amplituda vzorku menší než skutečná hodnota o 2 4 = 16 podmíněných kvantovacích kroků. Nejnebezpečnější budou samozřejmě chyby v nejvyšších číslicích (P» P;b

Uvažujme o principech konstrukce kódovacích a dekódovacích zařízení, která mohou být lineární a nelineární.

Lineární kódování je kódování rovnoměrně kvantovaného signálu a nelineární kódování je kódování nerovnoměrně kvantovaného signálu.

Rýže. 5.1. Principy převodu paralelního kódu na sériový (A) A

Na základě principu činnosti se snímače dělí na snímače typu počítacího, snímače typu maticového vážení atd. V DSP se nejčastěji používají snímače typu vážení, mezi nimiž je nejjednodušší bitový snímač vážení (obr. 5.20), výstupy které generují přirozený binární kód. Princip činnosti takových kodérů je vyrovnat kódované vzorky součtem referenčních proudů (napětí) s určitými váhami. Systém lineární bitově vážený kodér obsahuje osm buněk (s t=*8), zajištění tvorby hodnoty odpovídající číslice (1 nebo 0). Každá buňka (kromě poslední, odpovídající číslici s nejnižší váhou) obsahuje porovnávací obvod CC (komparátor) a odčítací obvod (SC).

Pokud například vstup kodéru přijímá vzorek s amplitudou A aim = 1746, pak CCe generuje P«-1 a na vstupu sedmé buňky je přijat signál s amplitudou H" Cíl=1746-1286=466. Na výstupu CC7 dostaneme Pt-O a na vstup třetí buňky kodéru dorazí signál se stejnou amplitudou #d IM = 466. Na výstupu CCe dostaneme Re-1 a vstup další buňky přijme signál s #^ to *=

466--326=146 atd. V důsledku toho bude vygenerována kódová kombinace ve tvaru 10101110 (první číslice má nejvýznamnější váhu).

Při kódování bipolárních signálů v kodéru je nutné mít dva referenční generovací obvody (PE) pro kódování pozitivních a negativních vzorků.

V procesu dekódování signálu jsou m-bitové kódové kombinace převedeny na AIM vzorky s odpovídajícími amplitudami. Signál na výstupu dekodéru lze získat jako výsledek sečtení referenčních signálů (C/fl) těch bitů kombinace kódů, jejichž hodnota je 1. Pokud je tedy na vstupu dekodéru přijata kombinace kódů 10101110, pak amplituda vzorku AIM na výstupu dekodéru #aim = 1286 + 325 + 86+45 + 23 = -1746.

Blokové schéma lineárního dekodéru typu vážení je na Obr. 5.2K Pod vlivem řídicích signálů přicházejících z generujícího zařízení je do posuvného registru zapsána další osmibitová kódová kombinace. Poté se uzavřou pouze ty klíče (Yn...Kl^), které odpovídají bitům s hodnotou 1. V důsledku toho jsou odpovídající referenční signály přijaty z generátoru referenčního signálu (FS) na vstup sčítačka, v důsledku čehož se na výstupu sčítačky počítající s určitou amplitudou vytvoří AIM.

Je zřejmé, že pokud během přenosu digitálního signálu podél lineární cesty dojde k chybě v jednom (nebo více) bitech kombinace kódů, pak se amplituda vzorku na výstupu dekodéru bude lišit od skutečné hodnoty. Pokud se například v kombinaci 10101110 vyskytne chyba v P&, r* e* je na vstupu dekodéru přijata kombinace 10001110, pak je amplituda vzorku na výstupu dekodéru Raim = 12864-86 + 46 + 26^ 1426, tj. 32& menší než skutečné počítání amplitudy rovné 1746.

Při konstrukci kodérů a dekodérů je nutné použít FE, které tvoří sadu referenčních signálů a poměr mezi hodnotami dvou sousedních standardů je roven 2 (16,26,46,..., 1286). Obecnou myšlenkou konstrukce takových zařízení je použití jednoho vysoce stabilního zdroje referenčního signálu a řetězce obvodů s koeficientem přenosu /(=1/2). Takové obvody mají obvykle formu matice realizované pomocí přesných odporů dvou hodnot (R A 2R).

Moderní 1DSP používají zařízení nelineárního kódování a dekódování (nelineární kodeky), které zajišťují kódování a dekódování signálů s nerovnoměrným kvantizačním měřítkem v osmibitovém kódu (t-8). Pro kódování nejednotného kvantizačního měřítka lze použít následující metody:

analogové kompandování, charakterizované kompresí (kompresí) dynamického rozsahu signálu před lineárním kódováním a expanzí (expanzí) dynamického rozsahu signálu po lineárním dekódování;

nelineární kódování, charakterizované kódováním signálu v nelineárních kodérech, které kombinují funkce analogově-digitální konverze a kompresoru;

digitální kompandování, charakterizované zakódováním signálu v lineárním kodéru s velkým počtem bitů, po kterém následuje nelineární digitální zpracování výsledku kódování.

Během analogového příkazu (obr. 5.24) se na vstupu lineárního enkodéru (LC) a výstupu lineárního dekodéru (LD) zapnou analogový kompresor (AK) a expandér (AE), které poskytují odpovídající nelineární převod analogového signálu (viz obr. 5.15).

Metody kódování digitálního signálu

V tomto článku chybí odkazy na zdroje informací.

Informace musí být ověřitelné, jinak mohou být zpochybněny a vymazány.
Tento článek můžete upravit tak, aby obsahoval odkazy na autoritativní zdroje.
Tato značka je nastavena 8. ledna 2012.

Formáty kódu

Každý bit kódového slova je přenášen nebo zaznamenáván pomocí diskrétních signálů, jako jsou impulsy. Způsob, jakým je zdrojový kód reprezentován určitými signály, je určen formátem kódu. Je známo velké množství formátů, z nichž každý má své výhody a nevýhody a je určen pro použití ve specifických zařízeních.

Formát BVN (bez návratu na nulu) přirozeně odpovídá provoznímu režimu logických obvodů. Jeden bit je přenášen v rámci hodinového cyklu; Kladná hrana znamená přechod z 0 na 1 ve zdrojovém kódu, záporná hrana znamená od 1 do 0. Nepřítomnost hran znamená, že hodnoty předchozího a následujících bitů jsou stejné. Pro dekódování kódů ve formátu BVN jsou nutné hodinové impulsy, protože jejich spektrum neobsahuje hodinovou frekvenci. Signál odpovídající kódu formátu BVN obsahuje nízkofrekvenční složky (při vysílání dlouhých sérií nul nebo jedniček nedochází k propadům).

Formát BVN-1 (bez návratu na nulu s rozdílem během přenosu 1) je variací formátu BVN. Na rozdíl od posledně jmenovaného v BVN-1 úroveň nepřenáší data, protože kladné i záporné poklesy odpovídají jednotlivým bitům. Při vysílání 1 se tvoří poklesy signálu. Při vysílání 0 se úroveň nemění. Dekódování vyžaduje hodinový puls.

Formát BVN −0 (bez návratu na nulu s rozdílem při přenosu 0) je komplementární k BVN-1 (poklesy odpovídají nulovým bitům zdrojového kódu). Ve vícestopých systémech pro záznam digitálních signálů musí být hodinové impulsy zaznamenávány spolu s kódem ve formátu BVN. Možnou možností je zaznamenat dva další signály odpovídající kódům ve formátech BVN-1 a BVN-0. V jednom ze dvou signálů dochází v každém hodinovém cyklu k poklesu, což umožňuje získat pulsy hodinové frekvence.

Formát VN (návrat na nulu) vyžaduje přenos impulsu, který zabírá pouze část hodinového intervalu (například polovinu), s jediným bitem. Když je bit nula, negeneruje se žádný impuls.

Formát VN-P (s aktivní pauzou) znamená vysílání pulsu s kladnou polaritou s jedním bitem a zápornou polaritou s nulovým bitem. Signál tohoto formátu má ve svém spektru složky hodin. V řadě případů se používá k přenosu dat po komunikačních linkách.

Formát DF-0 (dvoufázový s fázovým skokem při přenosu 0) odpovídá způsobu prezentace, ve kterém se okraje tvoří na začátku každého taktu. U jednotlivých bitů se signál v tomto formátu mění s hodinovou frekvencí, to znamená, že k poklesu úrovně dochází uprostřed každého hodinového cyklu. Při přenosu nulového bitu se nevytvoří pokles uprostřed hodinového cyklu, tedy dojde k fázovému skoku. Kód v tomto formátu se samosynchronizuje a nevyžaduje přenos hodinových signálů.

Na směru poklesu při přenosu signálu jednotky nezáleží. Proto změna polarity kódovaného signálu neovlivní výsledek dekódování. Může být přenášen po symetrických linkách bez stejnosměrné složky. To také usnadňuje jeho magnetické nahrávání. Tento formát je také známý jako Manchester 1. Používá se v kódu časové adresy SMPTE, který je široce používán pro synchronizaci audio a video médií.

Severozápadem (Serov, CMT)

Binární kódování

Žádný návrat k nule

Potenciální kódování se také nazývá kódování bez návratu na nulu (NRZ). Při vysílání nuly přenáší potenciál, který byl nastaven na předchozích hodinách (tedy jej nemění) a při vysílání jedničky je potenciál invertován na opačný. Tento kód se nazývá potenciální kód s inverzí jednoty (NRZI).

NRZ

Potenciální kód NRZ (obrácený)

K přenosu jedniček a nul se používají dva konzistentně rozlišitelné potenciály:
NRZ (přímo):

bity 0 jsou reprezentovány nulovým napětím 0 (V);
bit 1s je reprezentován hodnotou U(V).

NRZ (obrácené):

bity 0 jsou reprezentovány hodnotou U (V);
bity 1 jsou reprezentovány nulovým napětím 0 (V).

NRZI

Potenciální kód NRZI

Při přenosu posloupnosti jedniček se signál, na rozdíl od jiných metod kódování, během hodinového cyklu nevrátí na nulu. To znamená, že při přenosu jednotky dochází ke změně signálu a nulový přenos nevede ke změně napětí.

Výhody metody NRZ:

Snadná implementace.

Metoda má dobré rozpoznání chyb (kvůli přítomnosti dvou ostře odlišných potenciálů).

Základní harmonická f0 má poměrně nízkou frekvenci (rovnou N/2 Hz, kde N je přenosová rychlost diskrétních dat [bit/s]), což vede k úzkému spektru.

Nevýhody metody NRZ:

Metoda nemá vlastnost samosynchronizace. I u vysoce přesného generátoru hodin může přijímač udělat chybu při výběru okamžiku pro zachycení dat, protože frekvence obou generátorů nejsou nikdy zcela totožné. Proto při vysokých datových rychlostech a dlouhých sekvencích jedniček nebo nul může malý nesoulad hodin vést k chybě celého hodinového cyklu, a tudíž ke čtení nesprávné bitové hodnoty.

Druhým závažným nedostatkem metody je přítomnost nízkofrekvenční složky, která se při vysílání dlouhých sekvencí jedniček a nul blíží konstantnímu signálu. Z tohoto důvodu mnoho komunikačních linek, které neposkytují přímé galvanické spojení mezi přijímačem a zdrojem, nepodporuje tento typ kódování. V sítích se proto používá především kód NRZ ve formě jeho různých modifikací, při kterých odpadá jak špatná autosynchronizace kódu, tak problémy s konstantní složkou.

Manchester kódování

U kódování Manchester je každý takt rozdělen na dvě části. Informace jsou zakódovány potenciálními poklesy uprostřed každého hodinového cyklu. Jednička je zakódována hranou z nízké úrovně signálu na vysokou a nula je zakódována reverzní hranou (podle standardu IEEE 802.3, i když podle D.E. Thomase je kódování naopak). Na začátku každého hodinového cyklu může dojít k poklesu režijního signálu, pokud potřebujete reprezentovat několik jedniček nebo nul v řadě. Protože se signál změní alespoň jednou za přenosový cyklus jednoho datového bitu, má Manchester kód dobré samosynchronizační vlastnosti. Manchesterský kód nemá konstantní složku (mění se každý hodinový cyklus) a základní harmonická má v nejhorším případě (při vysílání sekvence jedniček nebo nul) frekvenci N Hz a v lepším případě (při vysílání střídavé jedničky a nuly) - N/2 Hz, as a na NRZ. V průměru je šířka spektra s kódováním Manchester dvakrát širší než s kódováním NRZ.

Diferenciální kódování Manchester

S diferenciálním kódováním Manchester se úroveň signálu může změnit dvakrát během bitového intervalu (doba, kterou trvá přenos jednoho bitu). Úroveň se nutně mění uprostřed intervalu, tento rozdíl se používá pro synchronizaci. Ukazuje se, že při vysílání nuly nastává na začátku bitového intervalu rozdíl úrovní, ale při vysílání jednotky takový rozdíl není.

Trinární kódování

(s návratem na nulu)

To znamená, že každý bit je přenášen 3 napěťovými úrovněmi. Proto vyžaduje 2x vyšší rychlost oproti normální rychlosti. Jedná se o kvaziternární kód, to znamená, že signál se mění mezi 3 úrovněmi.

Bipolární kód AMI

Kód AMI používá následující bitové reprezentace:

bity 0 jsou reprezentovány nulovým napětím (0 V);

bit 1s jsou reprezentovány střídavě -U nebo +U (B).

AMI kód má dobré synchronizační vlastnosti při přenosu sérií jednotek a je relativně jednoduchý na implementaci. Nevýhodou kódu je omezení hustoty nul v datovém toku, protože dlouhé sekvence nul vedou ke ztrátě synchronizace. Používá se v telefonii na datové vrstvě při použití multiplexních toků.

HDB3

Kód HDB3 opravuje libovolné 4 po sobě jdoucí nuly do zdrojových sekvencí. Pravidlo tvorby kódu je následující: každé 4 nuly jsou nahrazeny 4 symboly, které obsahují alespoň jeden V signál Pro potlačení stejnosměrné složky se polarita V signálu střídá během následných záměn. Pro nahrazení se používají dva způsoby: 1) pokud před výměnou obsahoval zdrojový kód lichý počet jednotek, pak se použije sekvence 000V, pokud se jedná o sudé číslo, tak 100V

V-signál jednotky polarity je pro daný signál zakázán

Stejně jako u AMI je pouze kódování sekvencí čtyř nul nahrazeno kódem -V, 0, 0, -V nebo +V, 0, 0, +V - v závislosti na předchozí fázi signálu.

MLT-3

MLT-3 Víceúrovňový přenos - 3 (víceúrovňový přenos) - způsob kódování, který využívá tři úrovně signálu. Metoda je založena na cyklickém přepínání úrovní -U, 0, +U. Jedna odpovídá přechodu z jedné úrovně signálu na další. Stejné jako v metodě NRZI při vysílání „nuly“ se signál nemění. V případě nejčastějšího přepínání úrovní (dlouhá sekvence jedniček) jsou k dokončení cyklu zapotřebí čtyři přechody. To umožňuje čtyřnásobné snížení nosné frekvence vzhledem k hodinové frekvenci MLT-3 výhodná metoda při použití měděných drátů jako přenosového média. Metoda byla vyvinuta společností Cisco Systems pro použití v sítích FDDI na bázi mědi, známých jako CDDI. Používá se také ve Fast Ethernet 100BASE-TX.

Tetrické kódování

Potenciální kód 2B1Q

Kód 2B1Q přenáší pár bitů v jednom bitovém intervalu. Každé možné dvojici je přiřazena vlastní úroveň ze čtyř možných úrovní potenciálu. Pare
00 odpovídá potenciálu −2,5 V,
01 odpovídá −0,833 V,
11 - +0,833 V,
10 - +2,5 V.

Obecná informace

Jak je známo, pro přenos informací je prezentována ve formě zprávy, jako je text. V tomto případě je zpráva tvořena z určité sady symbolů (písmen). Zavolá se množina znaků, ze kterých je zpráva tvořena primární abeceda. Primární abeceda obvykle obsahuje velké množství znaků, například v ruském jazyce je primární abeceda 33 znaků (písmen). Při přenosu zprávy je ovlivněna interferencí, která vede ke změně symbolů zprávy, a protože počet symbolů je relativně velký a pravděpodobnost jejich výskytu je stejná, je poměrně obtížné obnovit původní zprávu . Proto se provede přechod z primární abecedy s velkým počtem symbolů na sekundární abecedu s malým počtem symbolů. Vzhledem k tomu, že počet znaků v sekundární abecedě je menší, je snazší rekonstruovat původní zprávu. Dá se tedy říci, sekundární abeceda Jedná se o sadu znaků, pomocí kterých se zobrazují znaky primární abecedy. Proces přechodu z primární abecedy na její sekundární zobrazení se nazývá kódování. Sada prvků a pravidlo, podle kterého se provádí přechod z primární abecedy na sekundární zobrazení, se nazývá kód. Během procesu kódování každý znak primární abecedy odpovídá určité sadě symbolů sekundární abecedy. Nazývá se posloupnost znaků sekundární abecedy odpovídající jednomu znaku primární abecedy kombinace kódů. Pro správné obnovení zakódované původní zprávy je nutné, aby se neopakovaly kombinace kódů různých znaků primární abecedy.

Hlavní úkoly kódování zvyšují odolnost přenášených zpráv proti rušení, odstraňují redundanci z kódovaných zpráv a chrání informace před neoprávněným přístupem (mimo odposlech).

Automatické kódování se provádí v zařízení tzv kodér a dojde k procesu zpětného dekódování dekodér. Zavolá se zařízení, které kombinuje kodér a dekodér kodek.

Systém přenosu kódovacích zpráv je znázorněn na obrázku 1.

Obrázek 1 - Blokové schéma přenosového systému s kódováním signálu

Zdroj zpráv (MS) generuje zprávu, která je převedena na signál v převodníku zprávy na signál (MSC1). Analogový signál z PSS1 vstupuje do analogově-digitálního převodníku (ADC), kde je analogový signál převeden na digitální. Digitální signál vstupuje do zdrojového kodéru. Ve zdrojovém kodéru je ze zakódované zprávy odstraněna redundance, což umožňuje zvýšit rychlost přenosu informací v kanálu. Kódová sekvence Ai získaná na výstupu kodéru vstupuje do kanálového kodéru. Kanálový kodér provádí kódování za účelem zvýšení odolnosti signálu proti šumu. Pro toto kódování se používají korekční (šumově odolné) kódy. Bip sekvence získaná v kanálovém kodéru vstupuje do komunikačního kanálu. Vlivem rušení N(t) působícího v kanálu jsou možné zkreslení přijímaného signálu, projevující se změnami v prvcích kódové sekvence. Sekvence Bip přijatá z kanálu vstupuje do kanálu kodéru. Dekóduje a opravuje (opravuje) chyby. Sekvence Ai‘ získaná na výstupu vstupuje do zdrojového dekodéru, ve kterém je obnovena redundance zakódované zprávy. Signál pak jde do digitálně-analogového převodníku (DAC), kde je digitální signál převeden na analogový. Signál pak vstupuje do převodníku signálu na zprávu (SMS2), kde je převeden do podoby vhodné pro příjemce. Přijatá zpráva je vnímána příjemcem (RS).

Parametry kódu

Kódová základna (m) - odpovídá počtu prvků, které tvoří vedlejší abecedu, odpovídá číselné soustavě. Například v binárním kódu mohou znaky nabývat dvou hodnot „0“ a „1“ nebo „“. A "-".

Bitová hloubka kombinace kódu (n) — odpovídá počtu prvků, které tvoří kombinaci kódů. Například pro kombinaci kódu 100110 je bitová hloubka 6.

Kapacita kódu (N 0 ) — odpovídá počtu možných kombinací kódů pro danou bázi a bitovou hloubku:

N 0 = m n.

Tento indikátor je aplikován na jednotné kódy.

Počet zpráv, které mají být zakódoványNA— odpovídá počtu znaků primární abecedy. Například pro ruskou abecedu N a = 33.

U opravných kódů se zadávají následující parametry.

Hmotnost kombinace kódu (W) — odpovídá počtu nenulových prvků v kódové kombinaci. Například pro kombinaci kódů 11011 je hmotnost W = 4.

Hammingova vzdálenost (d ij) — ukazuje, o kolik číslic se jedna kombinace kódů liší od druhé. Tento parametr je definován jako váha kombinace kódů získaná jako výsledek sčítání modulo dvě ze dvou uvažovaných kombinací

Kódová vzdálenost (d 0) je nejmenší Hammingova vzdálenost pro daný kód. Pro určení d 0 se pro všechny možné dvojice kódových kombinací určí Hammingova vzdálenost, poté se vybere ta nejmenší. Například pro kód sestávající ze tří kombinací kódů 100101, 011010, 100011 bude vzdálenost kódu rovna

Relativní rychlost kódu (RNa)— zobrazuje relativní počet povolených kombinací kódů.

Rk =log 2 Na/ log 2 N 0 .

Redundance kódu (CNa) — zobrazuje relativní počet zakázaných kombinací kódů.

CNa = 1 – RNa.

Korekční schopnost kódu— je určeno množstvím zjištěných (q o osh) a opravitelných (q a osh) chyb, čímž rozumíme garantovaný počet zjištěných a opravených chyb v kombinacích kódů kódem. Pokud je například qo osh = 1, pak je kód schopen detekovat chybu v libovolném bitu z akceptované kombinace za předpokladu, že existuje pouze jeden, a pokud q a osh = 1, pak je kód schopen opravit jednu chybu. v libovolném kousku přijímané kombinace za předpokladu, že je jedna.

Klasifikace kódů

Obecná klasifikace kódů je uvedena v diagramu (obrázek 2).

Binární- jedná se o kódy, jejichž základ je roven dvěma (m=2), příklady takových kódů mohou být Morseova abeceda, lineární binární kód.

Vícepolohové jsou kódy, jejichž základ je větší než dva (m>2).

Jednotný- jedná se o kódy, jejichž všechny kombinace kódů mají stejnou bitovou hloubku (n=konst), příklady takových kódů mohou být cyklické kódy, MTK-3.

Nerovný- jedná se o kódy, jejichž kombinace kódů mají různé bitové hloubky (n? const), příklady takových kódů mohou být Shannon-Fano kód, Huffmanův kód, Morseova abeceda.

Jednoduchý- jedná se o kódy, ve kterých se k přenosu zprávy používají všechny možné kombinace kódů (N 0 =N a). Takové kódy nemají schopnost detekovat a opravovat chyby v kombinacích kódů.

Obrázek 2 - Klasifikace kódů

Redundantní- jedná se o kódy, ve kterých se část kombinací kódů používá k přenosu zpráv ( povolené kombinace) a zbývající kombinace se nepoužívají pro přenos zpráv ( zakázané kombinace), tj. pro takové kódy N 0 >N a . Takové kódy jsou schopny detekovat a opravovat chyby v kombinacích kódů.

Po sobě- jedná se o kódy, jejichž bity kombinací kódů jsou přenášeny postupně jeden po druhém. Tyto kódy se používají pro přenos zpráv do komunikačních kanálů (Morseova abeceda, MTK-3, HDB-3).

Paralelní- jedná se o kódy, jejichž bity kombinací kódů jsou přenášeny současně. Takové kódy se používají v mikroprocesorové technologii a mohou také zahrnovat vícefrekvenční kódy používané v koordinovaných telefonních ústřednách.

V širokém smyslu pod kódování signálu pochopit proces přeměny zprávy na signál. Zpráva ze zdroje informací je zpravidla vydávána v analogové podobě, tzn. jako nepřetržité sdělení. Avšak jak při příjmu a přenosu informací, tak při jejich zpracování a ukládání poskytuje diskrétní forma reprezentace signálu významnou výhodu. Proto v případech, kdy jsou zdrojové signály v informačních systémech spojité, je nutné je nejprve převést na diskrétní. V tomto ohledu termín „kódování“ obvykle označuje diskrétní signály a kódování v užším smyslu označuje reprezentaci diskrétních zpráv pomocí signálů ve formě určitých kombinací symbolů. Soubor pravidel, podle kterých se tyto operace provádějí, se nazývá kód .

Proces kódování spočívá v reprezentaci zpráv pomocí podmíněných kombinací tvořených malým počtem elementárních signálů (například odeslání a pauza v Baudotově kódu, „tečka“ a „pomlčka“ v Morseově abecedě).

V závislosti na účelu kódování se rozlišují následující typy:

kódování vzorů – používá se vždy, když jsou informace zadány do počítače pro jejich vnitřní reprezentaci;
kryptografické kódování (šifrování) - používá se, když je nutné chránit informace před neoprávněným přístupem;
efektivní (optimální) kódování - slouží k odstranění redundance informací, tzn. snížit jeho objem (například v archivátorech);
protihlukové (noise-rezistentní) kódování - používá se k zajištění dané spolehlivosti v případě, kdy je na signál aplikováno rušení (například při přenosu informací komunikačními kanály).

Proces kódování informací dosahuje několika cílů. Za prvé, zprávy jsou prezentovány v systému symbolů, který zajišťuje jednoduchost hardwarové implementace informačních zařízení. Úloha kódování zprávy je v tomto případě reprezentována převodem původní zprávy do používaného (obvykle binárního) číselného systému. Nazývá se počet různých použitých elementárních signálů kódová základna, a počet prvků tvořících kombinaci kódu je význam kódu. Pokud mají všechny kombinace kódu stejný význam, pak se takový kód nazývá jednotný, v opačném případě - nerovný. Operace kódování se používá pro digitální signály. U spojitých signálů je nutná předchozí konverze analogového signálu na digitální.

Za druhé, kódování se používá k tomu, aby co nejlépe odpovídalo vlastnostem zdroje zprávy vlastnostem komunikačního kanálu - optimální statistické kódování. Odkazuje na kódy, které minimalizují průměrný počet kódových symbolů na prvek zprávy.

Za třetí, kódování sníží vliv rušení na proces vysílání a příjmu (kódování odolné proti šumu).

Za čtvrté, kódování chrání informace před neoprávněným přístupem.

Kódy jako prostředek tajného psaní se objevily již ve starověku. Například starověký řecký historik Hérodotos v 5. stol. PŘED NAŠÍM LETOPOČTEM. uvedl příklady dopisů, které byly srozumitelné pouze adresátovi. Tajnou abecedu používal i Julius Caesar. Na tvorbě šifer pracovali tak slavní vědci středověku jako F. Bacon, D. Cardano a další.

Při kódování v binární číselné soustavě se používají dva elementární signály, které se technicky snadno generují. Například jeden elementární signál může být napěťový nebo proudový signál, který je dvakrát větší než šum, a další může být nepřítomnost signálu. Obrázek 2.1 ukazuje převod původního analogového signálu: nejprve na digitální a poté na binární kód s počtem binárních znaků n = 2 (binární kódování).

Rýže. 2.1. Binární kódování: A - původní analogový signál; b- digitální signál diskrétní v čase a kvantovaný na úrovni; in - binární kód vzorků s počtem binárních symbolů n = 2

Kódování signálu

Kódování signálu slouží pro výměnu informací mezi jednotlivými komponenty řídicího systému (ACS nebo ACS) (obvody, uzly, zařízení, bloky), jejich zpracování a uložení s požadovanou přesností a spolehlivostí (nejvyšší odolnost proti šumu). Kódování spočívá v použití kód– univerzální způsob zobrazování informací při jejich přenosu, zpracování a ukládání. Kód je systém korespondencí mezi prvky zprávy a signály, s jejichž pomocí lze tyto prvky zaznamenat. V kódu se nazývají různé typy signálů stejné fyzikální povahy symboly. Konečná sbírka symbolů vybraných k vyjádření konkrétního zprávy, volal ve slově. Kódový signál (kód) je speciální typ signálu (digitální signál). Kódování může být provedeno buď z analogových nebo diskrétních signálů (obr. 1.2).

příklad: 0 nebo 1 – znaky v jednom bitu binárního kódu (1 bit informace);

bajt obsahuje 8 bitů informace (8 bitů), tzn. například slovo 10001001 bajtů.

V ACS, stejně jako v jiných systémech měření informací (IMS), se používají dva způsoby přenosu zprávy(sbírka slov): paralelní kód– všechny znaky jednoho slova jsou přenášeny současně kanály, jejichž počet odpovídá počtu znaků, tzn. délka slova (k přenosu bajtového slova je potřeba 8 kanálů); Sériové číslo- znaky jednoho slova jsou přenášeny jeden po druhém přes jeden kanál.

Výběr kódů je dán specifiky vnímání a transformace informací charakteristických pro danou úroveň automatizovaného systému řízení procesů a jeho komponent.

Základní požadavky, které jsou předkládány při výběru způsobu kódování, jsou: hospodárnost zobrazování informací, jednoduchost technické realizace kódovacích zařízení, snadnost provádění výpočetních operací a spolehlivost přenosu zpráv.

Ke splnění těchto požadavků, zejména souvisejících s pohodlím provádění výpočetních operací, nejvhodnější je digitální kód (abeceda), jehož počet znaků závisí na základu číselné soustavy a obvykle nepřesahuje 10 nebo 16. Tento přístup umožňuje kódovat nejen čísla, ale i pojmy.

Použití kódu se základnou n libovolné číslo může být reprezentováno jako:

Kde N– počet číslic; aj– počet znaků v jedné číslici.

Pokud vynecháte n j, pak dostaneme kompaktnější zápis N- bit (od N–1 až 0) číslo M:

. (1.2)

Příklad: M = 123 = 1 x 103-1 + 2 x 102-1 + 3 x 10° (n = 10).

Ze vzorců (1.1) a (1.2) vyplývá, že stejné číslo M v závislosti na základně n při kódování se tvoří z různého počtu znaků v jedné číslici ( aj) a počet číslic ( N). Například digitální 3místný dekadický voltmetr, představující informace v kódu se základnou 10, má v každé číslici 10 různých číslic (symbolů) a dokáže s přesností na 1 nejméně významnou číslici produkovat 1000 (0, 1, ..., 999) různé hodnoty měřeného parametru (tah). k provedení stejné operace v binárním kódu (kód se základem 2) budete potřebovat 10 číslic se dvěma platnými číslicemi v každé z nich (2 10 = 1024).

Nechat n– maximální počet znaků v číslici (radix kódu) a N – počet číslic.

Pak je možný počet různých zpráv

Například 1024 = 2 10 ; V binárním kódu lze pomocí 10 bitů zapsat maximální číslo 1024, tzn. K přenosu čísla 1024 budete potřebovat 10 kanálů (bitů) binárního kódu.

Ekonomické kódování bude vyšší, tím méně znaků by mělo být vynaloženo na přenos stejné zprávy. Při přenosu zpráv komunikačním kanálem určuje počet znaků také čas potřebný k tomu.

Z důvodů jednoduchost technické realizace jasná výhoda na straně kódu n= 2, ve kterém jsou pro ukládání, přenos a zpracování informací vyžadovány diskrétní prvky se dvěma stabilními stavy.

Příklad: logické funkce: „ano“ - „ne“, stav bloku TOU: „povoleno“ - „vypnuto“, akce (provoz): „dokončeno“ - „nedokončeno“, technický stav jednotky TOU: „vadný“ - „chybný“, kódovaný čísly „1“ - „0“.

Proto se binární kód rozšířil v digitálních měřicích zařízeních pro monitorování, řízení a automatizaci.

Při zadávání binárně kódované informace do počítače pro kompaktní záznam se často používají kódy, jejichž základem je celočíselná mocnina čísel 2:2 3 = 8 (osmičková) a 2 4 = 16 (hexadecimální).

Uvažujme například tvoření čísel v různých číselných soustavách (tabulka 1.1).

Tabulka 1.1

Notový zápis
Desetinné n=10	Binární n=2	Osmičková n = 8	Hexadecimální n=16










			A
			B…F

Podívejme se na binární poziční kódy. Mezi nimi jsou široce používány speciální kódy: přímý, zpětný, přídavný. Ve všech těchto zadaných kódech speciální znaková číslice.

V přímém kódu znaménko je kódováno 0 pro kladná a 1 pro záporná čísla. Příklad 1100 (+12) v přímém kódu 0,1100. Přímý kód je vhodný pro provádění operací násobení, protože označení produktu se získá automaticky. Odečítání je však obtížné. Tato nevýhoda je odstraněna použitím zvrátit A doplňkové kódy, lišící se od přímého způsobu vyjádření záporných čísel. Návratový kód záporné číslo vznikne převrácením všech platných číslic (-1100 (– 12) v obráceném kódu: 1,0011). V doplňkovém kódu po převrácení číslic se k menší velikosti přidá 1. Příklad: - 1100 ve dvojkovém doplňkovém kódu: 1.0100.

Informační displej (digitální displej) našel uplatnění v systémech a zařízeních BCD kódy. V těchto kódech je každá desetinná číslice reprezentována čtyřmi binárními číslicemi (tetrad).

Kódovací systémy ve 2-10 kódech jsou uvedeny v tabulce 1.2.

Tabulka 1.2

Výběr kvantizační frekvence pro analogově-digitální převodník (ADC). Při kvantování a následném kódování signálů, např. v případě časové kvantizace ve formě amplitudově modulovaných pulzů (obr. 1.3, b), spočívá další převod signálů na ADC v reprezentaci pulzní amplitudy v binárním kódu. Současně se stanovení kvantizační frekvence stává složitějším v případech, kdy je původní analogový signál y(F) je libovolná funkce času a nelze ji vyjádřit analyticky. Poté se na základě určí kvantizační frekvence teorémy V.A. Kotelnikova. Tato věta uvažuje spojitou funkci, která má omezené frekvenční spektrum, tzn. obsahuje frekvence od 0 do f m a x. Takovou funkci lze s dostatečnou přesností znázornit pomocí čísel následujících za sebou v časových intervalech

Tedy na základě vzorce (1.4), který určuje kvantizační krok, při kvantizační frekvenci

Oblíbené v kategorii: