Система передачи и приема информации

Область техники

Изобретение относится к технике связи, а точнее - к системам передачи и приема информации (СППИ) посредством цифровой связи. Проблема уве- личения технико-экономической эффективности систем передачи и приёма информации с учетом всех компонентов, влияющих на ее стоимость и техни- ческие показатели, в том числе повышения информационной вместимости без потери информации, рационального хранения и передачи сообщений яв- ляется актуальной, что, в свою очередь, требует развития и совершенство- вания систем передачи и приема информации.

Предшествующий уровень техники

Известна система передачи и приема информации [Радиотехника: Энцик- лопедия/ под ред. Ю.Л. Мазора и др. - М.: Издательский дом «Додэка -XXI», 2002, с.63-64], признаки которой реализованы, по - существу, во всех соот- ветствующих системах и являющаяся аналогом предлагаемому техническому решению. Эта система содержит функционально последовательно связанные источник информации, физико-электрический преобразователь информации, кодер, передающее устройство, канал связи, приемное устройство, декодер, электрофизический преобразователь информации, потребитель информации.

Известна система передачи и приема информации [Скляр Бернард. Циф- ровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е испр. : пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2004. - 1104 с. 32-36], содержащая последовательно функционально связанные источник информа- ции, подсистему формирования цифрового потока двоичных битов и вклю- чающая при необходимости блок форматирования, блок сжатия и блок уп- лотнения, преобразователь цифрового потока в поток сигналов, передатчик, канал связи, приёмник, преобразователь потока сигналов в цифровой поток, подсистему преобразования, функции которой обратны функциям подсисте- мы формирования, потребитель информации и функционально связанная с ними подсистема синхронизации.

Раскрытие изобретения

Сущность изобретения направлена на повышение технико- экономической эффективности СППИ при необходимости от нескольких ис- точников информации к её потребителям посредством цифровой связи бла- годаря тому, что на передающей стороне каждый источник информации функционально связан с подсистемой формирования первичного цифрового потока двоичных битов, выполненной с возможностью идентификации кодов первичного цифрового потока двоичных битов из набора двоичных кодов 0 и 1 , подсистема соединена с блоком преобразования первичного цифрового по- тока двоичных битов, выполненного с возможностью выделения последова- тельных групп с заданным числом Р битов в группе, идентификации для каждой группы соответствующей ей последовательности двоичных кодов, считывания соответствующего этой группе числа в двоичной системе счис- ления и перевода его в число п в десятичной системе счисления и взаимно- однозначного преобразования каждой группы битов в упорядоченную сово- купность битов с соответствующей последовательностью кодов этих битов. При этом указанный блок преобразования выполнен с возможностью введе- ния дополнительно к значениям набора двоичных кодов 0 и 1 других задан- ных значений кодов, причём коды с первого до предпоследнего в последова- тельности кодов, соответствующих упорядоченной совокупности битов, мо- гут принимать значения только из набора двоичных кодов 0 и 1 , а послед- ний код K _j может принимать значения только из М дополнительно введён- ных значений кодов. На приёмной стороне система содержит блок восста- новления первичного цифрового потока двоичных битов, выполненный с возможностью идентификации каждого из последовательно принимаемых битов двоичным кодам 0 , 1 и кодам из набора дополнительно введённых значений кодов и идентификации упорядоченной совокупности битов и со- ответствующей ей последовательности кодов, расположенных между пре- дыдущим принятым битом с кодом из набора дополнительно введённых зна- чений кодов и последующим принятым битом с кодом из набора дополни- тельно введённых значений кодов, включая его. Этот блок выполнен с воз- можностью восстановления числа п в десятичной системе счисления через известное на приёмной стороне значение М , идентифицированное значение К _j , перевода его в число двоичной системы счисления, содержащее указан- ные и известные на приёмной стороне р позиций, соответствующих р по- зициям двоичных кодов битов в группе, и формирования восстанавливаемо- го первичного цифрового потока двоичных битов группы соответственно из битов со значениями кодов, соответствующих двоичным цифрам 0,1 полу- ченного таким образом двоичного числа.

Для достижения указанного технического результата в системе передачи и приема информации при необходимости от нескольких источников инфор- мации к её потребителям посредством цифровой связи на передающей сто- роне каждый источник информации функционально связан с подсистемой формирования первичного цифрового потока двоичных битов, выполненной с возможностью идентификации кодов первичного цифрового потока двоич- ных битов из набора двоичных кодов 0 и 1 и включающей при необходимо- сти, в том числе, для каждого источника информации свой блок форматиро- вания информации в цифровой поток двоичных битов и/или свой блок сжа- тия цифрового потока двоичных битов одним из известных методов, а при наличии нескольких источников информации подсистема включает блок уп- лотнения синхронизированных двоичных цифровых потоков в первичный цифровой поток двоичных битов, указанная подсистема соединена с входом блока преобразования первичного цифрового потока двоичных битов, имеющем первый, а при необходимости и второй выход, указанный блок выполнен с возможностью выделения в указанном потоке последовательных групп с заданным числом р битов в группе и идентификации для каждой группы соответствующей ей последовательности двоичных кодов, считыва- ния соответствующего этой группе числа в двоичной системе счисления и преимущественно перевода его в число п в десятичной системе счисления, взаимно-однозначного преобразования каждой группы битов в упорядочен- ную совокупность из J битов с соответствующей последовательностью ко- дов этих битов {K. ,K ₂ ,..., K ..., K _j _ _x , K _j ) , где индекс j принимает значения от 1 до J , J = tranc( og ₂ ϊ) + 1 , ( 1 )

где i = η divM + 1 , tranc{X) - целая часть числа X , A divB - целая часть при деле- нии целого числа А на целое число В , а М - количество значений кодов, вве- дённых дополнительно к значениям набора двоичных кодов 0 и 1 , причём код К _j принимает значение из набора М дополнительно введённых значений 2,...,А/ + 1 в соответствии с выражением K _j = и -(г ^' -1) + 2 , (2) и при J = l указанная последовательность кодов состоит только из него, а при J > 1 возможные коды K _j в указанной последовательности кодов прини- мают значения только из набора двоичных кодов 0 и 1 для значений индекса j от 1 до J- 1 через параметры l _J = l _J _ div2 ₁ где / ₀ = / ^' , в соответствии с выра- жениями K _j = / _y ._, mod2 , (3)

где Ατηοά Β - остаток при делении целого числа А на целое число 5 , и воз- можностью формирования таким образом вторичного цифрового потока би- тов, соответствующих указанной преобразованной последовательности ко- дов, также при необходимости дальнейшей синхронизированной передачи информации по каналу связи система содержит блок преобразования вторич- ного цифрового потока битов в поток сигналов, совместимых с каналом связи, например, посредством идентификации кода каждого передаваемого бита и формирования сигнала, взаимно-однозначно соответствующего зна- чению этого кода, из совокупности сигналов S ₀ , S^ ,S ₂ ,..., S _{M +} с общим их ко- личеством М + 2 , в которых индексы сигналов взаимно-однозначно соответ- ствуют значениям кодов из набора двоичных кодов 0, 1 и дополнительно введённых значений кодов 2 + 1 , указанный блок преобразования вто- ричного цифрового потока битов снабжён входом и выходом, вход которого соединён с первым выходом блока преобразования первичного цифрового потока двоичных битов, а выход подключён к передатчику, функционально связанному через канал связи, совместимый с передаваемыми сигналами, с приемником, который подключен к входу блока преобразования потока сиг- налов во вторичный цифровой поток битов, имеющего первый, а при необ- ходимости и второй выход, первый выход указанного блока преобразования потока сигналов соединён с входом введённого в систему блока восстанов- ления первичного цифрового потока двоичных битов, выполненный с воз- можностью идентификации каждого из последовательно принимаемых битов двоичным кодам 0, 1 и кодам из указанного набора М дополнительно вве- дённых значений 2,..., + 1 и идентификации упорядоченной совокупности битов и соответствующей ей последовательности кодов этих битов {K K ₂ ,..., KJ ,..., K _J ) , расположенных между предыдущим принятым битом с кодом из набора дополнительно введённых значений кодов и последующим принятым битом с кодом из набора дополнительно введённых значений ко- дов, включая его, а также с возможностью замены в указанной последова- тельности кодов кода со значением K на код со значением 1 , считывания в обратном порядке в полученной последовательности кодов двоичных цифр и перевода полученного таким образом числа в двоичной системе счисления в упомянутое соответствующее ему число г в десятичной системе счисле- ния, кроме того, блок восстановления первичного цифрового потока двоич- ных битов выполнен с возможностью через известное на приёмной стороне значение , идентифицированное значение К и полученное число г вое- становления упомянутого числа п в десятичной системе счисления в соот- ветствии с выражением п = М ( - 1) + K _j - 2 , (4) перевода его в число двоичной системы счисления, содержащее указанные и известные на приёмной стороне р позиций, соответствующих р позициям двоичных кодов битов в группе, и формирования восстанавливаемого пер- вичного цифрового потока двоичных битов группы соответственно из битов со значениями кодов, соответствующих двоичным цифрам 0,1 полученного таким образом двоичного числа, также указанный блок восстановления вы- полнен с возможностью восстановления первичного цифрового потока двоичных битов при приёме последующих групп, а выход указанного блока восстановления первичного цифрового потока двоичных битов функцио- нально соединен через введённую, при необходимости, подсистему преобра- зования, функции которой обратны функциям указанной подсистемы форми- рования на передающей стороне, с потребителями информации, а при необ- ходимости система на передающей стороне содержит блок преобразования одним из известных способов и сохранения на носителях информации вто- ричного цифрового потока битов, соединённый своим входом со вторым вы- ходом блока преобразования первичного цифрового потока двоичных битов, и/или на приёмной стороне содержит блок преобразования одним из извест- ных способов и сохранения на носителях информации вторичного цифрового потока битов, соединённый своим входом со вторым выходом блока преоб- разования потока сигналов во вторичный цифровой поток битов, также ука- занные блоки преобразования и сохранения выполнены с возможностью при считывании с носителя воспроизведения вторичного цифрового потока би- тов, восстановления по нему первичного цифрового потока двоичных битов, кроме того, при необходимости указанные блоки преобразования и сохране- ния содержат подсистемы преобразования, функции которых аналогичны функциям указанной подсистемы преобразования на приёмной стороне, также система содержит подсистему синхронизации, функционально связан- ную с её блоками и подсистемами.

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.

Осуществление изобретения

Ниже изобретение описано более детально со ссылками на фигуру. На фигуре показана заявляемая система. Она содержит при необходимости не- сколько источников информации 1 и последовательно функционально свя- занные подсистему 2 формирования первичного цифрового потока двоичных битов, блок 3 преобразования первичного цифрового потока двоичных битов, блок 4 преобразования вторичного цифрового потока битов в поток сигна- лов, передатчик 5, канал связи 6, приёмник 7, блок 8 преобразования потока сигналов во вторичный цифровой поток битов, блок 9 восстановления пер- вичного цифрового потока двоичных битов, подсистему преобразования 10, потребителей информации 1 1, блоки 12 и 13 преобразования и сохранения вторичного цифрового потока битов, соответственно, на передающей и при- ёмной сторонах, подсистему синхронизации 14.

Предложенная система работает следующим образом. При необходимости информацию передают от нескольких источников 1. Информация от каждого источника может быть, в том числе, сжата, например, с использованием дво- ичного кодирования Хаффмана, и при наличии нескольких источников уп- лотнена. В любом случае обязательным условием является формирование на передающей стороне в подсистеме 2 первичного цифрового потока двоич- ных битов и идентификация кодов двоичных битов потока из набора двоич- ных кодов 0 и 1.

В блоке 3 в указанном потоке выделяют последовательные группы с за- данным числом р битов в группе. Для каждой группы идентифицируют со- ответствующую ей последовательность двоичных кодов, считывают соот- ветствующее этой группе число в двоичной системе счисления и преимуще- ственно переводят его в число п в десятичной системе счисления. Каждую группу битов взаимно-однозначно преобразуют в упорядоченную совокуп- ность из J битов с соответствующей последовательностью кодов этих би- тов (K _X , K ₂ , ...,KJ, ..., K _J ) . Здесь J определяется в соответствии с выражени- ем (1 ). Код К _j принимает значение из набора М дополнительно введённых значений 2,..., + 1 в соответствии с выражением (2). При J = l указанная по- следовательность кодов состоит только из кода K _j . При J > 1 возможные ко- ды К _j принимают значения только из набора двоичных кодов 0 и 1 для зна- чений индекса j от 1 до J -1 в соответствии с выражениями (3). Таким обра- зом формируют вторичный цифровой поток битов, соответствующих ука- занной преобразованной последовательности кодов.

При необходимости дальнейшей синхронизированной передачи инфор- мации по каналу связи в блоке 4 преобразуют вторичный цифровой поток битов в поток сигналов, совместимых с каналом связи. Это производят, на- пример, посредством идентификации кода каждого передаваемого бита и формирования сигнала, взаимно-однозначно соответствующего значению этого кода, из совокупности сигналов S ₀ ,S _] , S ₂ , ...,S _M+{ с общим их количеством М + 2 . Индексы сигналов взаимно-однозначно соответствуют значениям ко- дов из набора двоичных кодов 0, 1 и дополнительно введённых значений кодов 2, ..., М + 1 . Сигналы поступают на передатчик 5 и по каналу связи 6 их передают на приёмник 7, где их синхронизированно принимают и в блоке 8 преобразуют во вторичный цифровой поток битов. В блоке 9 каждый из по- следовательно принимаемых битов идентифицируют двоичным кодам 0,1 и кодам из набора М дополнительно введённых значений 2,..., М + 1 . Также в нём идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответствую- щую ей последовательность кодов этих битов (^,,^,...,^,...,^.,,^), распо- ложенных между предыдущим принятым битом с кодом из набора дополни- тельно введённых значений кодов и последующим принятым битом с кодом из набора дополнительно введённых значений кодов, включая его. При этом в указанной последовательности кодов заменяют код со значением K на код со значением 1. В полученной последовательности кодов считывают в обрат- ном 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 приёмной стороне значение М , идентифицированное значение K _j и полученное число i вос- станавливают упомянутое число п в десятичной системе счисления в соот- ветствии с выражением (4). Это число переводят в число двоичной системы счисления, содержащее указанные и известные на приёмной стороне р по- зиций двоичной системы счисления, соответствующих р позициям двоич- ных 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 приёме последующих групп указанные действия по- вторяют и восстанавливают первичный цифровой поток двоичных битов. Этот поток в подсистеме 10 формируют в удобном для потребителей 11 виде и подают к ним.

Кроме того, при необходимости вторичный цифровой поток битов на пе- редающей стороне в блоке 12 и/или на приёмной стороне в блоке 13 одним из известных способов преобразуют и сохраняют на носителях информации. При считывании с носителя воспроизводят вторичный цифровой поток би- тов, по нему 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 р битов в группе определяется как 2 ^Р . Например, при заданном р = 5 количество вари- антов 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 п в десятичной системе счисления и последовательности кодов, соответствующие упорядоченным совокупно- стям из J битов, полученным при взаимно-однозначных преобразованиях групп битов по предлагаемому способу для различных значений М .

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 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

1101 1 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

Н ПО 30 11112 00002 1102 0004 112 012 104

11111 31 000002 00003 1103 0005 113 013 105

Приведём для заданных значений М значения средних длин кодов (сред- нее количество битов, приходящихся на одну совокупность битов), опреде- ляемых как d 12 ^P , где k„ - количество битов в указанной совокупно-

сти битов с номером п :

d = 4,219 при = 1 , £/ = 3,375 при М = 2 , d = 2,969 при = 3 , </ = 2, 625 при М = 4 , с/ = 2,375 при М = 5 , с/ = 2, 250 при М = 6 , d = 2,125 при = 7 .

Как видим, система позволяет существенно сжать передаваемую или со- храняемую информацию.

Покажем процедуру передачи и приёма одной группы битов. Зададим число битов в группе, равным 5 ( р = 5 ), и номер группы п = 3. Этому номеру соответствует вариант битов 00011 . Зададим число дополнительно введён- ных значений кодов = 1 . Тогда значение i = ndivM + l = 3divl + l = 4 n общее число битов (и кодов битов) в указанной совокупности равно J = tranc(log ₂ i) + l = tranc(\og ₂ 4) + \ = 3 . При этом значение последнего кода в указанной последовательности кодов равно 3 _{= и} -(г - 1) + 2 = 3 - (4 -1)х 1 + 2 = 2 . Другие коды последовательности опре- деляются через l _j как / ₀ = i = 4 , Ι = l ₀ div2 = 4div2 = 2 . Тогда К _г = l ₀ mod 2 = 4 mod 2 = 0 , K ₂ = l _x mod 2 = 2 mod 2 = 0 . Итак, совокупность кодов

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) К,К ₂ ,К _Ъ есть 002. Их преобразуют в поток сигналов, взаимно-однозначно соответствующих значениям кодов. При приёме сигналы обратно преобра- зуют в цифровые потоки битов, каждый из последовательно принимаемых битов идентифицируют двоичным кодам 0,1 и коду 2. При приёме бита с ко- дом 2 идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответст- вующую ей последовательность кодов этих битов 002. В этой последова- тельности заменяют код 2 на код 1, получая 001, и считывают его в обрат- ном порядке. Полученное в двоичной системе счисления число 100 перево- дят в соответствующее ему число i в десятичной системе счисления (г = 4). Через известное на приёмной стороне значение М = 1, идентифициро- ванное значение К ₃ =2 и полученное число i = 4 восстанавливают номер п группы в десятичной системе счисления n = M(i-l) + K _j -2 = 1х (4-1) + 2-2 = 3.

В двоичной системе счисления оно равно 11 и при его переводе в р = 5 пози- ций двоичной системы счисления оно соответствует варианту битов в груп- пе 00011.

Проиллюстрируем возможности заявляемой системы на примере переда- чи следующего первичного цифрового потока двоичных битов: 00101001000010100011001100010001011 - количество битов в потоке 35, исполь- зованы 2 вида элементарных сигналов (0 и 1).

При передаче этого потока в предложенной системе и выделении в потоке последовательных групп с заданным числом р = 5 битов в группе получаются следующие результаты:

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

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

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

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Отметим, что с увеличением М степень сжатия сообщения увеличивает- ся, но при этом реализация усложняется из-за увеличения количества видов используемых элементарных сигналов, поэтому в каждом конкретном случае применения системы следует находить компромисс между степенью сжатия 5 сообщения и усложнением реализации.

Промышленная применимость

Таким образом, предложена система с более эффективной передачей (и хранением) информации, позволяющая затратить на передачу информации меньше времени и, соответственно, увеличить информационную вмести- ю мость канала связи, при хранении же используется меньше площади/объёма носителя. Система проста в реализации с использованием современной эле- ментной базы, т.к. алгоритм кодирования и восстановления информации представлен в виде простых выражений. Также при передаче и приёме ин- формации осуществляют её сжатие без потерь и не требуются разделители

15 между символами.

Настоящее изобретение может быть применено для развития и совершен- ствования существующих и перспективных систем связи. СППИ по данному изобретению позволяет эффективно использовать ресурс. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождест-

20 венных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленной системы условию «новизны». Резуль- таты поиска известных решений в области СППИ с целью выявления при- знаков, совпадающих с отличительными от известных признаками заявляе- мой системы, показали, что они не следуют явным образом из уровня техни-

25 ки. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патенто- способности «изобретательский уровень».

зо

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)