СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ
METHOD OF TRANSMITTING AND RECEIVING INFORMATION

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.
J
J
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 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 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.
1
2
j
J-1
J
2
J
J
j
j
j-1
0
j
j-1
0
1
2
M+1
1
2
j
J-1
J
J
J
J
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 (K,K,…,K,…,K,K), где индекс j принимает значения от 1 до J, J=tranc(logi)+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 принимает значение из набора M дополнительно введенных значений 2,…,M+1 в соответствии с выражением K=n-(i-1)M+2, и при J=1 указанная последовательность кодов состоит только из него, а при J>1 возможные коды K 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=ldiv2, где l=i, в соответствии с выражениями K=lmod 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 S,S,S,…,S 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 (K,K,…,K,…,K,K), 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 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 и полученное число i восстанавливают упомянутое число n в десятичной системе счисления в соответствии с выражением n=M(i-1)+K-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.
1
2
j
J-1
J
2
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 (K,K,…,K,…,K,K). Здесь индекс j принимает значения от 1 до J, J=tranc(logi)+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.
J
J
J
j
j
j-1
0
j
j-1
Код K принимает значение из набора M дополнительно введенных значений 2,…,M+1 в соответствии с выражением K=n-(i-1)M+2. При J=1 указанная последовательность кодов состоит только из кода K. При J>1 возможные коды K 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=ldiv2, где l=i, в соответствии с выражениями K=lmod2, где AmodB - остаток при делении целого числа A на целое число B. Таким образом формируют вторичный цифровой поток битов, соответствующих указанной преобразованной последовательности кодов.
0
1
2
M+1
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 S,S,S,…,S 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.
1
2
j
J-1
J
J
J
J
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 (K,K,…,K,…,K,K), 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 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 и полученное число i восстанавливают упомянутое число n в десятичной системе счисления в соответствии с выражением n=M(i-1)+K-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.
P
Количество всех вариантов битов в группах с заданным числом p битов в группе определяется как 2. 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
<mrow><mi>d</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mrow><msup><mn>2</mn><mi>P</mi></msup><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><msub><mi>k</mi><mi>n</mi></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msup><mn>2</mn><mi>P</mi></msup></mrow>
n
Приведем для заданных значений M значения средних длин кодов (среднее количество битов, приходящихся на одну совокупность битов), определяемых
, где k - 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.
2
2
3
j
0
1
0
1
0
2
1
1
2
3
3
J
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(logi)+1=tranc(log4)+1=3. При этом значение последнего кода в указанной последовательности кодов равно K=n-(i-1)M+2=3-(4-1)×1+2=2. Другие коды последовательности определяются через l как l=i=4, l=ldiv2=4div2=2. Тогда K=lmod2=4mod2=0, K=lmod2=2mod2=0. Итак, совокупность кодов K,K,K 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 K=2 и полученное число i=4 восстанавливают номер n группы в десятичной системе счисления n=M(i-1)+K-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.