Сигнал, кодирование, декодирование, сжатие

Сигнал, кодирование,
декодирование, сжатие
Для передачи дискретных данных по
каналам связи применяется два способа
физического кодирования:
- на основе синусоидального несущего
сигнала,
- на основе последовательности
прямоугольных импульсов.
Аналоговая модуляция
Внутри компьютера, при передаче данных
между его блоками, информация
представляется последовательностью
логических 0 и 1, эти двоичные цифры
кодируются потенциалами низкого и
высокого уровня соответственно. При
аналоговой модуляции необходимо
указать как кодируются 0 и 1, как
подбираются соответствующие параметры
кривой.
Синусоидальный сигнал
Синусоида удобная форма для
представления информационного сигнала и
для последующих расчетов его параметров.
Теоретически просто закодировать сигнал,
представив его как синусоиду с
изменяющимися параметрами: амплитудой,
частотой, фазой.
Представление дискретных данных в виде
синусоидального сигнала называется
аналоговой модуляцией.
Аналоговая модуляция
В зависимости от изменяемого параметра
выделяют три основных способа
аналоговой модуляции: амплитудная,
частотная, фазовая.
Зашита информации от
искажения при передаче
При передаче сигнала возможны помехи,
поэтому необходимо защищать информацию от
искажения.
Основные методы:
• Передача избыточной информации (метод
контрольных сумм).
• Шифрование и сжатие данных.
• Пакетирование.
• Использование кодов «исправляющих
ошибки».
Демоверсия КИМ 2014
Демоверсия КИМ 2014
Сжатие (компрессия) данных
Выделяют два основных типа сжатия
информации: сжатие без потерь и
сжатие данных с потерями.
Сжимать данные целесообразно при
хранении на носителях информации,
потоковой передаче данных, цифровой
телефонии и т. д.
Сжатие без потерь
Метод сжатия информации, представленной
в дискретном виде, при использовании
которого закодированная информация
может быть восстановлена с точностью до
бита.
Сжатие информации без потерь
используется во всех файловых
архиваторах, также используется как
компонент в сжатии с потерями.
Сжатие без потерь
Теорема (без доказательства).
Для любого N нет алгоритма сжатия без
потерь, который:
1. Любой файл длиной менее N байт или
оставляет той же длины, или уменьшает.
2. Хотя бы один файл длиной в N байт
уменьшает.
Таким образом, универсального
алгоритма сжатия без потерь не
существует.
Сжатие без потерь
Как правило данные определенной природы
имеют высокую информационную энтропию
(мера хаотичности информации). Например,
буквосочетание «щы» встречается в
осмысленном тексте существенно реже
любого другого буквосочетания, уровень
звука за один сэмпл не может прыгнуть от 0
до 100%, черная точка в оцифрованном
изображении редко граничит с белой и т. п.
Сжатие без потерь
За счет специализации алгоритмов на
некоторых типах данных удается добиться
высокой степени сжатия.
Универсальные алгоритмы в архиваторах
сжимают звук в 1,5 раза, а алгоритм FLAC
сжимает звуковые файлы в 2,5 раза.
Большинство специализированных
алгоритмов малопригодны для фалов
«чужих» типов.
Техника сжатия без потерь
В исходных данных находят закономерность
и с учетом закономерности генерируют
новую последовательность, которая
полностью описывает первую.
Например, для кодирования
последовательностей, в которых много 0 и
мало 1, можно использовать такую замену:
00  0
01 10
10 110 11 111
Техника сжатия без потерь
В исходных данных находят закономерность
и с учетом закономерности генерируют
новую последовательность, которая
полностью описывает первую.
Например, для кодирования
последовательностей, в которых много 0 и
мало 1, можно использовать такую замену:
00  0
01 10
10 110 11 111
00 01 00 00 11 10 00 00  0 10 0 0 111 110 0 0
Префиксный код
Код со словами переменной длины,
обладающий следующим свойством
(условие Фано): если в код входит слово А,
то для любой непустой строки В слова АВ в
коде не существует.
Хотя в коде слова разной длины, их можно
записать без разделительного символа.
00  0
01 10
0100011111000
10 110 11 111
Префиксный код
Код со словами переменной длины,
обладающий следующим свойством
(условие Фано): если в код входит слово А,
то для любой непустой строки В слова АВ в
коде не существует.
Хотя в коде слова разной длины, их можно
записать без разделительного символа.
00  0
01 10
0100011111000
10 110 11 111
Префиксный код
Код со словами переменной длины,
обладающий следующим свойством
(условие Фано): если в код входит слово А,
то для любой непустой строки В слова АВ в
коде не существует.
Хотя в коде слова разной длины, их можно
записать без разделительного символа.
00  0
01 10
0100011111000
10 110 11 111
Демоверсия КИМ 2013
Демоверсия КИМ 2013
Демоверсия КИМ 2012
Демоверсия КИМ 2012
Сжатие данных с потерями
Метод сжатия данных, при
использовании которого распакованные
данные отличаются от исходных, но
степень отличия не является
существенной с точки зрения их
дальнейшего использования.
Сжатие данных с потерями
Существенно превосходит метод
сжатия без потерь по степени сжатия,
продолжая удовлетворять
поставленным требованиям (искажения
в допустимых пределах
чувствительности органов чувств).