Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Скорость и объем передаваемой информации по каналам связи является одним из факторов, определяющим экономическое развитие нашего государства и любого общества.
Наиболее распространенными каналами для передачи данных все же остаются проводные линии связи коммутируемой телефонной сети. Одним из направлений повышения скорости передачи информации является разработка эффективных процедур компрессии сообщений, в том числе текстовых, которые являются наиболее простой и удобной формой представления информации. После принятия протокола сжатия V.42bis новых международных и промышленных стандартов опубликовано не было. Однако, используемые телефонные каналы подвержены действию помех, поэтому существует проблема комплексного решения вопросов сжатия данных и их защиты от ошибок. С другой стороны в цифровых системах передачи информации (ІДСП) возникает необходимость эффективного преобразования данных в многопозиционные коды, а в мобильных системах требуется сокращение времени на прием-передачу текстовых сообщений. Поэтому проблема сжатия текстовых данных является актуальной и ее решение позволит повысить эффективность современных систем телекоммуникаций.
Связь с научными программами, темами. Основные результаты
диссертационной работы представлены в хоздоговорной НИР "Исследование
условий прохождения сигналов по каналу с помехами", проводившейся между
кафедрой радиофизики и электроники Гродненского госуниверситета и НИИ
средств автоматизации НПО "Агат", и госбюджетной НИР "Разработка
элементов информационных технологий, выполняемой творческим
коллективом с участием автора, № ГР 199961190 и координируемой НАН
Беларуси в рамках республиканской программы фундаментальных
исследований "Электроника". *
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и исследование методов сжатия текстовых сообщений для
передачи по телефонным каналам связи. Для достижения указанной цели был поставлен ряд задач:
-
Разработать алгоритм построения недвончного неравномерного кода для сжатия символов с одинаковой вероятностью;
-
Найти алгоритм построения двоичного неравномерного кода для символов с заданным распределением вероятностей, ограничивающий распространение ошибок при передаче по телефонным каналам связи;
-
Разработать способ сжатия текстовых данных при пословном их кодировании для передачи по телефонным каналам;
-
Разработать способы совмещения помехоустойчивого кодирования с неравномерным, объединяющие в себе функции сжатия, исправления и обнаружения ошибок, разработать структурные схемы, их реализующие;
-
Проверить эффективность разработанных методов моделированием на ЭВМ.
Научная новизна полученных результатов. Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем:
предложен алгоритм построения неравномерного кода для кодирования символов с одинаковой вероятностью появления, полученный для недвоичного случая, найдена средняя длина такого кода;
предложен алгоритм постр гния рекуррентного неравномерного кода для кодирования символов текстовых сообщений с заданным распределением вероятностей, уступающий оптимальному в средней длине кодового слова, но обладающий более простой процедурой построения и ограничивающий распространение ошибок при передаче по каналам с помехами;
разработан способ сжатия текстовых сообщений при пословном их кодировании блоками фиксированной длины, отличающийся применением пользовательских словарей и позволяющий затем применить стандартные процедуры сжатия при передаче информации с помощью модемов;
разработано два способа объединения помехоустойчивого кодирования с неравномерным алфавитом на основе введения маркера, позволяющего дополнительно обнаруживать ошибки большей кратности;
- предложена модификация математической модели образования помех в каналах спязи на основе двусвязного марковского процесса.
Практическая значимость полученных результатов. Практическая ценность результатов диссертации состоит в том, что использование их позволит повысить скорость и достоверность передачи информации в рамках существующих протоколов обмена данными, более эффективно использовать полосу частот, производить моделирование кодов и имитацию каналов связи.
Разработанные структурные схемы кодирующих и декодирующих устройств, реализующие предложенные способы объединения сжатия с помехоустойчивым кодированием, могут найти применение в инженерной практике при проектировании устройств передачи информации по телефонным и радиоканалам. Практическая ценность разработанных устройств подтверждается двумя авторскими свидетельствами на изобретения.
Результаты работы в виде научных положений, практических рекомендаций, структурных схем устройств, разработанных программ использованы в хоздоговорной НИР «Исследование условий прохождения сигналов по каналу с помехами», в построении пейджинговой системы фирмы «КОНО Плюс» (г. Гродно), а также в учебном процессе Гродненского госуниверситета, что подтверждают соответствующие акты об использовании, приведенные в Приложениях.
Экономическая значимость полученных результатов. Результаты диссертации в виде законченных программных продуктов и разработанных :труктурных и функциональных схем устройстп могут быть использованы в качестве коммерческого продукта и предложены ряду компаний разработчиков і операторов, предлагающих услуга телекоммуникаций на мировом и республиканском рынках.
Основные положения, выносимые па защиту: Переход от неравномерной структуры потока сжатых данных к блочной равномерной с одновременным объединением с процессами помехоустойчивого кодирования позволяет: ограничить процесс
размножения ошибок; повысить достоверность передаваемых данных за счеі дополнительного обнаружения ошибок при неверном разделении искаженных неравномерных комбинаций в пределах блока.
Оптимальный q-ичный неравномерный код для равновероятных сообщений и для сообщений с произвольной статистикой и найденная его средняя длина позволяют проектировать эффективные сжимающие кодопреобразователи для линейных кодов ЦСП.
Рекуррентные неравномерные коды незначительно уступают по эффективности оптимальным, но более просты в построении и позволяют ограничить процесс распространения ошибок при их возникновении в кодовых комбинациях.
Пословное кодирование текстовых сообщений равномерными блоками позволяет в пределе достичь трехкратного сжатия при слабоизменеиной статистике сообщений, что дает возможность затем применить стандартные процедуры компрессии, при этом коэффициент сжатия пословного кодирования текста зависит от структуры созданных пользовательских словарей.
Личный вклад соискателя. Основные научные положения, теоретические и практические выводы, содержащиеся в диссертации, были получены автором самостоятельно. К ним относятся: разработка алгоритма построения q-ичного неравномерного кода для источника с равновероятными символами; разработка алгоритма рекуррентного неравномерного кодирования; разработка способа пословного сжатия текстов; разработка способов объединения неравномерного кодирования с помехоустойчивым; разработка методики обнаружения ошибок при блочной передаче неравномерных кодов; модификация математической модели потоков ошибок в дискретных каналах связи; разработка программ и устройств, реализующих предложенные методы.
Вклад научного руководителя и соавторов в опубликованных по теме диссертации работах заключается в формировании общих или достаточно общих принципов теоретических и практических положений диссертации.
Апробация результатов диссертации. Основные положения
диссертации обсуждались на кафедре радиофизики и электроники Гродненского госуниверситета, на кафедре радиотехнических систем БГУИР. Апробация результатов диссертации проводилась на всесоюзной конференции "Микропроцессорные средства локальной автоматики" (Гродно, ГрГу, май 1989 г.), на 3-м межреспубликанском семинаре "Физика быстропротекагощих плазменных процессов" (Гродно, ГрГу, май 1992 г.), на 25-ой юбилейной научно-технической конференции МВВИУ "Проблемы совершенствования и эксплуатации радиоэлектронного и радиотехнического вооружения и АСУ" (Минск, МВВИУ, май 1993 г.), на международной научно-технической конференции "Современные средства связи" (Нарочь, БГУИР, октябрь 1995 г.), на научно-технической конференции "Современные методы обработки сигналов в системах измерения, контроля, диагностики и управления" (Минск, БГУ, декабрь 1995 г.), на республиканском научно-техническом семинаре-сессии "Организация и технология средств связи" (Минск, Высш. колледж связи, июнь 1996 г.), на 2-ой международной конференции "Новые информационные технологии в образовании" (Минск, БГЭУ, ноябрь 1996 г.), на 2-ой международной научно-технической конференции "Современные средства связи" (Нарочь,БГУИР,сентябрь 1997 г.).
Опубликоваююсть результатов. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 5 статей в научно-технических сборниках и материалах конференций, два авторских свидетельства на изобретения и 5 тезисов докладов на республиканских семинарах и международных конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, общую характеристику работы, 4 главы, выводы, список использованных источников, включающий 71 наименование на 5 стр., 10-ть приложений на 29 стр., 13 иллюстрации на 10 стр., 18 таблиц на 9 стр. Полный объем диссертации составляет 130 страниц. Список использованных источников дан в порядке следования ссылок по тексгу.
