RU2530290C2 - Способ передачи и приема информации - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении информационной вместимости без потери информации. Способ передачи и приема информации от нескольких источников информации к ее потребителям в системе цифровой связи, в котором на передающей стороне в первичном двоичном цифровом потоке выделяют последовательные группы с заданным числом p битов в группе, идентифицируют для каждой группы соответствующую ей последовательность двоичных кодов и взаимно-однозначно преобразуют каждую группу битов в упорядоченную совокупность битов с соответствующей последовательностью кодов этих битов, дополнительно к значениям набора двоичных кодов используют другие заданные значения кодов, причем коды могут принимать значения только из набора двоичных кодов, а последний код может принимать значения только из дополнительно введенных значений кодов. Сформированный цифровой поток битов преобразуют в поток сигналов. При приеме каждый из последовательно принимаемых битов идентифицируют двоичным кодам и кодам из набора дополнительно введенных значений кодов, идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответствующую ей последовательность кодов и восстанавливают однозначно без потерь информации первичный цифровой поток двоичных битов. 1 табл.

Description

Изобретение относится к технике связи, а точнее - к способам передачи и приема информации (СППИ) в системе цифровой связи. Проблема увеличения технико-экономической эффективности систем передачи и приема информации с учетом всех компонентов, влияющих на ее стоимость и технические показатели, в том числе повышения информационной вместимости без потери информации, рационального хранения и передачи сообщений является актуальной, что, в свою очередь, требует развития и совершенствования способов передачи и приема информации.

Известен способ передачи и приема информации [Радиотехника: Энциклопедия / под ред. Ю.Л.Мазора и др. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2002, с.63-64], признаки которого реализованы, по существу, во всех соответствующих способах и являющийся аналогом предлагаемому техническому решению. В этом способе информацию источника последовательно преобразуют в сообщение в физико-электрическом преобразователе информации, кодируют его в кодере, в радиопередающем устройстве модулируют несущую частоту закодированным сообщением и посылают сигнал по каналу связи, принимают сигнал в радиоприемном устройстве, демодулируют его, декодируют и производят обратное электрофизическое преобразование сообщения информации в удобный для потребителя вид.

Наиболее близким аналогом является способ передачи и приема информации [Скляр Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е испр.: пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. - 1104 с.32-36] от нескольких источников, при котором на передающей стороне формируют известными способами цифровой поток двоичных битов, идентифицируют коды двоичных битов потока из набора двоичных кодов 0 и 1, последние преобразуют в сигналы, совместимые с каналом связи, и передают их. На приемной стороне в обратном порядке поток сигналов преобразуют в цифровой поток двоичных битов, формируют его по обратным к упомянутым известным способам и подают в удобном виде потребителям, а, при необходимости, сохраняют на носителях информации.

Сущность изобретения направлена на повышение технико-экономической эффективности СППИ благодаря тому, что на передающей стороне в первичном цифровом потоке двоичных битов выделяют последовательные группы с заданным числом p битов в группе и для каждой группы идентифицируют соответствующую ей последовательность двоичных кодов. Определяют соответствующее этой группе число n преимущественно в десятичной системе счисления. Каждую группу битов взаимно-однозначно преобразуют в упорядоченную совокупность битов с соответствующей последовательностью кодов этих битов. В способе дополнительно к значениям набора двоичных кодов 0 и 1 введены другие заданные значения кодов, причем коды с первого до предпоследнего в последовательности кодов, соответствующих упорядоченной совокупности битов, могут принимать значения только из набора двоичных кодов 0 и 1, а последний код K_J может принимать значения только из M дополнительно введенных значений кодов. При приеме каждый из последовательно принимаемых битов идентифицируют двоичным кодам 0, 1 и кодам из набора дополнительно введенных значений кодов, идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответствующую ей последовательность кодов, расположенных между предыдущим принятым битом с кодом из набора дополнительно введенных значений кодов и последующим принятым битом с кодом из набора дополнительно введенных значений кодов, включая его. Через известное на приемной стороне значение M, идентифицированное значение K_J приведенными в способе действиями восстанавливают указанное число n в десятичной системе счисления, переводят его в число двоичной системы счисления, содержащее указанные и известные на приемной стороне p позиций двоичной системы счисления, соответствующих p позициям двоичных кодов битов в группе, а восстанавливаемый первичный цифровой поток двоичных битов группы формируют соответственно из битов со значениями кодов, соответствующих двоичным цифрам 0,1 полученного таким образом двоичного числа.

Для достижения указанного технического результата в способе передачи и приема информации при необходимости от нескольких источников информации к ее потребителям в системе цифровой связи на передающей стороне формируют известными способами первичный цифровой поток двоичных битов, идентифицируют коды двоичных битов потока из набора двоичных кодов 0 и 1, выделяют в потоке последовательные группы с заданным числом p битов в группе и для каждой группы идентифицируют соответствующую ей последовательность двоичных кодов, считывают соответствующее этой группе число в двоичной системе счисления и преимущественно переводят его в число n в десятичной системе счисления, каждую группу битов взаимно-однозначно преобразуют в упорядоченную совокупность из J битов с соответствующей последовательностью кодов этих битов (K₁,K₂,…,K_j,…,K_J-1,K_J), где индекс j принимает значения от 1 до J, J=tranc(log₂i)+1, где i=ndivM+1, tranc(X) - целая часть числа X, AdivB - целая часть при делении целого числа A на целое число B, а M - количество значений кодов, введенных дополнительно к значениям набора двоичных кодов 0 и 1, причем код K_J принимает значение из набора M дополнительно введенных значений 2,…,M+1 в соответствии с выражением K_J=n-(i-1)M+2, и при J=1 указанная последовательность кодов состоит только из него, а при J>1 возможные коды K_j в указанной последовательности кодов принимают значения только из набора двоичных кодов 0 и 1 для значений индекса j от 1 до J-1 через параметры l_j=l_j-1div2, где l₀=i, в соответствии с выражениями K_j=l_j-1mod 2, где AmodB - остаток при делении целого числа A на целое число B, и таким образом формируют вторичный цифровой поток битов, соответствующих указанной преобразованной последовательности кодов, при необходимости дальнейшей синхронизированной передачи информации по каналу связи указанный цифровой поток битов преобразуют в поток сигналов, совместимых с каналом связи, например, посредством идентификации кода каждого передаваемого бита и формирования сигнала, взаимно-однозначно соответствующего значению этого кода, из совокупности сигналов S₀,S₁,S₂,…,S_M+1 с общим их количеством M+2, в которых индексы сигналов взаимно-однозначно соответствуют значениям кодов из набора двоичных кодов 0,1 и дополнительно введенных значений кодов 2,…,M+1, и на приемной стороне синхронизированно принимают передаваемые по каналу связи сигналы, преобразуют их во вторичный цифровой поток битов, каждый из последовательно принимаемых битов идентифицируют двоичным кодам 0,1 и кодам из указанного набора M дополнительно введенных значений 2,…,M+1, идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответствующую ей последовательность кодов этих битов (K₁,K₂,…,K_j,…,K_J-1,K_J), расположенных между предыдущим принятым битом с кодом из набора дополнительно введенных значений кодов и последующим принятым битом с кодом из набора дополнительно введенных значений кодов, включая его, при этом в указанной последовательности кодов заменяют код со значением K_J на код со значением 1, в полученной последовательности кодов считывают в обратном порядке двоичные цифры, полученное таким образом число в двоичной системе счисления переводят в упомянутое соответствующее ему число i в десятичной системе счисления, и через известное на приемной стороне значение M, идентифицированное значение K_J и полученное число i восстанавливают упомянутое число n в десятичной системе счисления в соответствии с выражением n=M(i-1)+K_J-2, переводят его в число двоичной системы счисления, содержащее указанные и известные на приемной стороне p позиций двоичной системы счисления, соответствующих p позициям двоичных кодов битов в группе, а восстанавливаемый первичный цифровой поток двоичных битов группы формируют соответственно из битов со значениями кодов, соответствующих двоичным цифрам 0,1 полученного таким образом двоичного числа, при приеме последующих групп указанные действия повторяют, восстанавливают первичный цифровой поток двоичных битов, формируют его по обратным к упомянутым известным способам, при необходимости, и подают в удобном виде потребителям, кроме того, при необходимости вторичный цифровой поток битов на передающей стороне и/или на приемной стороне одним из известных способов преобразуют и сохраняют на носителях информации, а при считывании с носителя воспроизводят вторичный цифровой поток битов, по нему указанными действиями восстанавливают первичный цифровой поток двоичных битов и при необходимости производят действия, указанные после восстановления первичного цифрового потока двоичных битов.

В существующем уровне техники не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения об объектах того же назначения с указанной совокупностью отличительных признаков, что позволяет считать СППИ по настоящему изобретению новым и имеющим изобретательский уровень.

СППИ по настоящему изобретению может быть воплощен в системе цифровой связи с соответствующей организацией ее работы и известными методами обработки сигналов.

Ниже изобретение описано более детально.

Сущность способа заключается в следующем. Предполагается, что при необходимости информацию передают от нескольких источников. Информация от источников может быть, в том числе, сжата, например, с использованием двоичного кодирования Хаффмана, и уплотнена. В любом случае обязательным условием применения способа является формирование на передающей стороне известными способами первичного цифрового потока двоичных битов и идентификация кодов двоичных битов потока из набора двоичных кодов 0 и 1.

В потоке выделяют последовательные группы с заданным числом p битов в группе. Для каждой группы идентифицируют соответствующую ей последовательность двоичных кодов, считывают соответствующее этой группе число в двоичной системе счисления и преимущественно переводят его в число n в десятичной системе счисления. Каждую группу битов взаимно-однозначно преобразуют в упорядоченную совокупность из J битов с соответствующей последовательностью кодов этих битов (K₁,K₂,…,K_j,…,K_J-1,K_J). Здесь индекс j принимает значения от 1 до J, J=tranc(log₂i)+1, где i=ndivM+1, tranc(X) - целая часть числа X, AdivB - целая часть при делении целого числа A на целое число B, а M - количество значений кодов, введенных дополнительно к значениям набора двоичных кодов 0 и 1.

Код K_J принимает значение из набора M дополнительно введенных значений 2,…,M+1 в соответствии с выражением K_J=n-(i-1)M+2. При J=1 указанная последовательность кодов состоит только из кода K_J. При J>1 возможные коды K_j в указанной последовательности кодов принимают значения только из набора двоичных кодов 0 и 1 для значений индекса j от 1 до J-1 через параметры l_j=l_j-1div2, где l₀=i, в соответствии с выражениями K_j=l_j-1mod2, где AmodB - остаток при делении целого числа A на целое число B. Таким образом формируют вторичный цифровой поток битов, соответствующих указанной преобразованной последовательности кодов.

При необходимости дальнейшей синхронизированной передачи информации по каналу связи указанный цифровой поток битов преобразуют в поток сигналов, совместимых с каналом связи. Это производят, например, посредством идентификации кода каждого передаваемого бита и формирования сигнала, взаимно-однозначно соответствующего значению этого кода, из совокупности сигналов S₀,S₁,S₂,…,S_M+1 с общим их количеством M+2. Индексы сигналов взаимно-однозначно соответствуют значениям кодов из набора двоичных кодов 0,1 и дополнительно введенных значений кодов 2,…,M+1.

На приемной стороне синхронизированно принимают передаваемые по каналу связи сигналы и преобразуют их во вторичный цифровой поток битов. Каждый из последовательно принимаемых битов идентифицируют двоичным кодам 0,1 и кодам из указанного набора M дополнительно введенных значений 2,…,M+1. Также идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответствующую ей последовательность кодов этих битов (K₁,K₂,…,K_j,…,K_J-1,K_J), расположенных между предыдущим принятым битом с кодом из набора дополнительно введенных значений кодов и последующим принятым битом с кодом из набора дополнительно введенных значений кодов, включая его. При этом в указанной последовательности кодов заменяют код со значением K_J на код со значением 1. В полученной последовательности кодов считывают в обратном порядке двоичные цифры. Полученное таким образом число в двоичной системе счисления переводят в упомянутое соответствующее ему число i в десятичной системе счисления. Далее через известное на приемной стороне значение M, идентифицированное значение K_J и полученное число i восстанавливают упомянутое число n в десятичной системе счисления в соответствии с выражением n=M(i-1)+K_J-2. Это число переводят в число двоичной системы счисления, содержащее указанные и известные на приемной стороне p позиций двоичной системы счисления, соответствующих p позициям двоичных кодов битов в группе. Восстанавливаемый первичный цифровой поток двоичных битов группы формируют соответственно из битов со значениями кодов, соответствующих двоичным цифрам 0,1 полученного таким образом двоичного числа. При приеме последующих групп указанные действия повторяют и восстанавливают первичный цифровой поток двоичных битов. Этот поток формируют по обратным к упомянутым известным способам, при необходимости, и подают в удобном виде потребителям.

Кроме того, при необходимости вторичный цифровой поток битов на передающей стороне и/или на приемной стороне одним из известных способов преобразуют и сохраняют на носителях информации. При считывании с носителя воспроизводят вторичный цифровой поток битов, по нему указанными действиями восстанавливают первичный цифровой поток двоичных битов и при необходимости производят действия, указанные после восстановления первичного цифрового потока двоичных битов.

Количество всех вариантов битов в группах с заданным числом p битов в группе определяется как 2^P. Например, при заданном p=5 количество вариантов битов в группах равно 32. Ниже в таблице показаны эти возможные 32 упорядоченных вариантов битов в группах в двоичной системе счисления, которые могут встретиться в первичном цифровом потоке двоичных битов, соответствующие им указанные числа n в десятичной системе счисления и последовательности кодов, соответствующие упорядоченным совокупностям из J битов, полученным при взаимно-однозначных преобразованиях групп битов по предлагаемому способу для различных значений M.

Возможные варианты битов в группах в двоичной системе счисления	Числа n в десятичной системе счисления	Коды M=1	Коды M=2	Коды M=3	Коды M=4	Коды M=5	Коды M=6	Коды M=7
00000	0	2	2	2	2	2	2	2
00001	1	02	3	3	3	3	3	3
00010	2	12	02	4	4	4	4	4
00011	3	002	03	02	5	5	5	5
00100	4	102	12	03	02	6	6	6
00101	5	012	13	04	03	02	7	7
00110	6	112	002	12	04	03	02	8
00111	7	0002	003	13	05	04	03	02
01000	8	1002	102	14	12	05	04	03
01001	9	0102	103	002	13	06	05	04
01010	10	1102	012	003	14	12	06	05
01011	11	0012	013	004	15	13	07	06
01100	12	1012	112	102	002	14	12	07
01101	13	0112	113	103	003	15	13	08
01110	14	1112	0002	104	004	16	14	12
01111	15	00002	0003	012	005	002	15	13
10000	16	10002	1002	013	102	003	16	14
10001	17	01002	1003	014	103	004	17	15
10010	18	11002	0102	112	104	005	002	16
10011	19	00102	0103	113	105	006	003	17
10100	20	10102	1102	114	012	102	004	18
10101	21	01102	1103	0002	013	103	005	002
10110	22	11102	0012	0003	014	104	006	003
10111	23	00012	0013	0004	015	105	007	004
11000	24	10012	1012	1002	112	106	102	005
11001	25	01012	1013	1003	113	012	103	006
11010	26	11012	0112	1004	114	013	104	007
11011	27	00112	0113	0102	115	014	105	008
11100	28	10112	1112	0103	0002	015	106	102
11101	29	01112	1113	0104	0003	016	107	103
11110	30	11112	00002	1102	0004	112	012	104
11111	31	000002	00003	1103	0005	113	013	105

Приведем для заданных значений M значения средних длин кодов (среднее количество битов, приходящихся на одну совокупность битов), определяемых $$d=\left({\displaystyle \sum _{n=0}^{2^P-1}{k}_n}\right)/2^P$$

, где k_n - количество битов в указанной совокупности битов с номером n

d=4,219 при M=1, d=3,375 при M=2,d=2,969 при M=3, d=2,625 при M=4,

d=2,375 при M=5, d=2,250 при M=6,d=2,125 при M=1.

Как видим, способ позволяет существенно сжать передаваемую или сохраняемую информацию.

Покажем процедуру передачи и приема одной группы битов. Зададим число битов в группе, равным 5(p=5), и номер группы n=3. Этому номеру соответствует вариант битов 00011. Зададим число дополнительно введенных значений кодов M=1. Тогда значение i=ndivM+1=3div1+1=4 и общее число битов (и кодов битов) в указанной совокупности равно J=tranc(log₂i)+1=tranc(log₂4)+1=3. При этом значение последнего кода в указанной последовательности кодов равно K₃=n-(i-1)M+2=3-(4-1)×1+2=2. Другие коды последовательности определяются через l_j как l₀=i=4, l₁=l₀div2=4div2=2. Тогда K₁=l₀mod2=4mod2=0, K₂=l₁mod2=2mod2=0. Итак, совокупность кодов K₁,K₂,K₃ есть 002. Их преобразуют в поток сигналов, взаимно-однозначно соответствующих значениям кодов. При приеме сигналы обратно преобразуют в цифровые потоки битов, каждый из последовательно принимаемых битов идентифицируют двоичным кодам 0,1 и коду 2. При приеме бита с кодом 2 идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответствующую ей последовательность кодов этих битов 002. В этой последовательности заменяют код 2 на код 1, получая 001, и считывают его в обратном порядке. Полученное в двоичной системе счисления число 100 переводят в соответствующее ему число i в десятичной системе счисления (i=4). Через известное на приемной стороне значение M=1, идентифицированное значение K₃=2 и полученное число i=4 восстанавливают номер n группы в десятичной системе счисления n=M(i-1)+K_J-2=1×(4-1)+2-2=3. В двоичной системе счисления оно равно 11 и при его переводе в p=5 позиций двоичной системы счисления оно соответствует варианту битов в группе 00011.

Проиллюстрируем возможности заявляемого способа на примере передачи следующего первичного цифрового потока двоичных битов: 00101001000010100011001100010001011 - количество битов в потоке 35, использованы 2 вида элементарных сигналов (0 и 1).

При передаче этого потока по предложенному способу и выделении в потоке последовательных групп с заданным числом p=5 битов в группе получаются следующие результаты:

при М=1:0121020120021121020012 - количество битов в потоке 22, использованы 3 вида элементарных сигналов (0, 1 и 2),

при M=2:1312130300212013 - количество битов в потоке 16, использованы 4 вида элементарных сигналов (0, 1, 2 и 3),

при M=4:0302035040215 - количество битов в потоке 13, использованы 6 видов элементарных сигналов (0, 1, 2, 3, 4 и 5).

Отметим, что с увеличением М степень сжатия сообщения увеличивается, но при этом реализация усложняется из-за увеличения количества видов используемых элементарных сигналов, поэтому в каждом конкретном случае применения способа следует находить компромисс между степенью сжатия сообщения и усложнением реализации.

Таким образом, предложена более эффективная передача (и хранение) информации, позволяющая затратить на передачу информации меньше времени и, соответственно, увеличить информационную вместимость канала связи, при хранении же используется меньше площади/объема носителя. Способ прост в реализации с использованием современной элементной базы, т.к. алгоритм кодирования и восстановления информации представлен в виде простых выражений. Также при передаче и приеме информации осуществляют ее сжатие без потерь и не требуются разделители между символами.

Промышленная применимость. Настоящее изобретение может быть применено для развития и совершенствования существующих и перспективных систем связи. СППИ по данному изобретению позволяет эффективно использовать ресурс. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию «новизны». Результаты поиска известных решений в области СППИ с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Claims (1)

1. Способ передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям в системе цифровой связи, при котором на передающей стороне формируют первичный цифровой поток двоичных битов, идентифицируют коды двоичных битов потока из набора двоичных кодов 0 и 1, выделяют в потоке последовательные группы с заданным числом p битов в группе и для каждой группы идентифицируют соответствующую ей последовательность двоичных кодов, считывают соответствующее этой группе число в двоичной системе счисления и преимущественно переводят его в число n в десятичной системе счисления, каждую группу битов взаимно-однозначно преобразуют в упорядоченную совокупность из J битов с соответствующей последовательностью кодов этих битов (K₁,K_2,…,K_j,…,K_J-1,K_J), где индекс j принимает значения от 1 до J, J=tranc(log₂i)+1, где i=ndivM+1, tranc(X) - целая часть числа X, AdivB - целая часть при делении целого числа А на целое число В, а М - количество значений кодов, введенных дополнительно к значениям набора двоичных кодов 0 и 1, причем код K_J принимает значение из набора М дополнительно введенных значений 2,…,М+1 в соответствии с выражением K_J=n-(i-1)M+2, и при J=1 указанная последовательность кодов состоит только из него, а при J>1 возможные коды K_j в указанной последовательности кодов принимают значения только из набора двоичных кодов 0 и 1 для значений индекса j от 1 до J-1 через параметры l_j=l_j-1div2, где l₀=i, в соответствии с выражениями K_j=l_j-1mod2, где AmodB - остаток при делении целого числа А на целое число В, и таким образом формируют вторичный цифровой поток битов, соответствующих указанной преобразованной последовательности кодов, при необходимости дальнейшей синхронизированной передачи информации по каналу связи указанный цифровой поток битов преобразуют в поток сигналов, совместимых с каналом связи, например, посредством идентификации кода каждого передаваемого бита и формирования сигнала, взаимно-однозначно соответствующего значению этого кода, из совокупности сигналов S₀,S₁,S₂,…,S_M+1 с общим их количеством М+2, в которых индексы сигналов взаимно-однозначно соответствуют значениям кодов из набора двоичных кодов 0,1 и дополнительно введенных значений кодов 2,…,М+1, и на приемной стороне синхронизированно принимают передаваемые по каналу связи сигналы, преобразуют их во вторичный цифровой поток битов, каждый из последовательно принимаемых битов идентифицируют двоичным кодам 0,1 и кодам из указанного набора М дополнительно введенных значений 2,…,М+1, идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответствующую ей последовательность кодов этих битов (K₁,K₂,…,K_j,…,K_J-1,K_J), расположенных между предыдущим принятым битом с кодом из набора дополнительно введенных значений кодов и последующим принятым битом с кодом из набора дополнительно введенных значений кодов, включая его, при этом в указанной последовательности кодов заменяют код со значением K_J на код со значением 1, в полученной последовательности кодов считывают в обратном порядке двоичные цифры, полученное таким образом число в двоичной системе счисления переводят в упомянутое соответствующее ему число i в десятичной системе счисления, и через известное на приемной стороне значение М, идентифицированное значение K_J и полученное число i восстанавливают упомянутое число n в десятичной системе счисления в соответствии с выражением n=M(i-1)+K_J-2, переводят его в число двоичной системы счисления, содержащее указанные и известные на приемной стороне p позиций, соответствующих p позициям двоичных кодов битов в группе, а восстанавливаемый первичный цифровой поток двоичных битов группы формируют соответственно из битов со значениями кодов, соответствующих двоичным цифрам 0,1 полученного таким образом двоичного числа, при приеме последующих групп указанные действия повторяют, восстанавливают первичный цифровой поток двоичных битов, формируют его и подают в удобном виде потребителям, кроме того, при необходимости вторичный цифровой поток битов на передающей стороне и/или на приемной стороне преобразуют и сохраняют на носителях информации, а при считывании с носителя воспроизводят вторичный цифровой поток битов, по нему указанными действиями восстанавливают первичный цифровой поток двоичных битов и производят действия, указанные после восстановления первичного цифрового потока двоичных битов.