Сумский государственный университет

Построение и применение универсального кодирующего устройства

Зубань Ю.А., канд. техн. наук;

Сурженко А.И., студ.

Рассматривается проблема разработки универсального кодирующего устройства на базе предложенного метода и его применения в адаптивных системах обработки информации. Также исследуется метод поиска новых кодов на основе уже известных при помощи данного устройства.

Высокая степень формализации информационных процессов в АСУ приводит к значительному возрастанию информации, которую необходимо обрабатывать в вычислительном центре. При этом средства передачи информации становятся узким местом по сравнению с вычислительными центрами. Стоимость СПД начинает превосходить стоимость средств обработки. Кроме проблемы увеличения скорости передачи данных, также стоит проблема обеспечения соответствующей достоверности передаваемой информации.

Данную проблему призваны решить адаптивные СПД. Такие СПД в процессе работы анализируют состояние канала связи и соответственно изменяют структуру и параметры самой системы для оптимизации её работы. В самом общем плане структура адаптивной системы представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Структура адаптивной системы

В её состав входит решающее устройство, которое посредством управления кодирующим устройством (КУ) даёт возможность управляющему устройству изменить параметры управляющих сигналов и способа передачи данных.

При работе такой системы ставится задача по измерению и определению всех возможных состояний канала связи и подбора оптимальных параметров системы передачи для каждого состояния. При этом накладывается необходимость успевать при передаче данных проводить измерение состояния канала связи и соответствующую перестройку системы.

Применение универсального КУ не относится только к АСПД, его можно применять успешно в любой адаптивной системе по обработке данных, использующей кодирование информации. При этом теоретически возможно построение математической модели с числом состояний .

Для создания универсальных КУ важным является решение задачи построения универсального генератора кодовых слов. Эта задача является одной из наиболее актуальных при синтезе адаптивных систем кодирования.

Существует широко применяемый на практике метод генерации кодов. Он предполагает введение в состав системы генераторов для определённых множеств кодов (циклические, биномиальные, коды Хаффмана и т.п.). Такая система анализирует постоянно состояние канала передачи данных, для каждого состояния происходит генерирования кода каждым генератором и на основе анализа по критериям эффективности происходит выбор кодирования передаваемой информации. Также возможен выбор кода по типу передаваемых данных (для каждого вида данных существует свой оптимальный способ кодирования при передаче). Структурная схема такой системы представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Структурная схема адаптивной системы кодирования с использованием нескольких генераторов кодов

Генератор циклических кодов можно построить путём создания универсального регистра для деления. Для этого создаётся сдвиговый регистр из n D триггеров, причём на информационный вход каждого заведён сигнал с Q выхода предыдущего, заведённый через сумматор по модулю 2 [2]. А все выходы триггеров заводятся на мультиплексор, выход которого является сигналом ОС. Срабатывание какого-либо сумматора зависит от образующего полинома генерируемого кода, а мультиплексор будет пропускать на ОС сигнал с того триггера, номер которого равен разрядности битового соответствия образующего полинома. Структурная схема такого генератора представлена на рис. 3. Генератор биномиальных кодов описан в [1].

Рисунок 3. Структурная схема универсального генератора циклических кодов

Недостатком подобного метода является то, что при реализации такая система принципиально не имеет ограничения по размеру и аппаратурным затратам вследствие того, что исследовано огромное число множеств кодов и для каждого из них требуется вносить своё универсальное КУ. А с нахождением нового кодового множества в систему потребуется ввести новое КУ и наново перестроить всю систему.

Предлагаемый метод построения универсального генератора кодов состоит в том, что любая комбинация кода C₁ может быть представлена как комбинация кода C₂, если . Другими словами, множество кодовых комбинаций C₁ может быть задано на любом множестве C₂ при условии . В качестве кода C₂ всегда можно использовать множество двоичных натуральных комбинаций.

В таком случае для получения множества кодовых комбинаций C₁ достаточно иметь множество комбинаций C₂ и однозначное правило , по которому происходит отображение . Для задания одного множества на другом можно использовать относительное изменение веса кодовых комбинаций в коде C₂. Таким образом, отображение может быть задано последовательностью приращений весов

,(1)

где - приращение веса.

Структурно устройство, реализующее такой алгоритм, состоит из двоичного счётчика разрядностью n, блока управления, ОЗУ и ПЗУ. Структурная схема представлена на рис. 4.

Рисунок 4. Структурная схема универсального КУ на базе n разрядного двоичного счётчика

Блок управления воспринимает команды и параметры требуемого для генерирования кода. Из ПЗУ извлекаются начальная кодовая комбинация и функциональная зависимость смещений (смещение - число тактов, которые необходимо подать на счётчик, чтобы получить кодовое слово, принадлежащее к множеству кодовых слов генерируемого кода) для получения кодовых слов требуемого кода. Далее эти смещения и заносятся в ОЗУ, а счётчик устанавливается в начальное состояние. По смещениям из ОЗУ блок управления подаёт тактовые импульсы на счётчик. Со счётчика кодовые комбинации поступают вновь в блок управления, который их анализирует на соответствие записанной в ПЗУ закономерности для данного кода, преобразуя, если требуется получить неравномерный код, и только после этого выдаёт сгенерированную кодовую комбинацию на выход.

Как уже отмечалось выше, в ПЗУ хранятся параметры определённых семейств кодов (возможен вариант получения параметров семейства кодов для генерирования извне по входу), а ОЗУ используется для хранения временных данных при расчётах и анализе кодов.

Блок управления выполняется либо на специализированном микроконтроллере, либо на микропроцессоре.

Счётчик представляет собой обычный двоичный счётчик разрядностью n c возможностью установки, сброса и работы на высоких частотах.

С точки зрения такого универсального КУ все коды представляют собой набор в виде начальной комбинации и ряда смещений, получаемых по функциональной зависимости. Тогда переход от одного кодового множества к другому можно совершить, сменив на опредёленной узловой кодовой комбинации (узловая кодовая комбинация одного кода относительно другого - это кодовая комбинация одного кода, из которой можно получить кодовую комбинацию другого кода при наименьшем смещении) ряд смещений и начальную кодовую комбинацию. Привлекательным при этом является то, что независимо от генерируемого кода управление процессом генерирования останется одинаковым.

С точки зрения теории цифровых автоматов реализация генератора кода соответствует синтезу автомата с памятью.

Если такой генератор кодов должен генерировать n различных кодов, которым соответствует n состояний , то граф автомата будет иметь вид (рис. 5).

Рисунок 5. Граф автомата

Для 5-разрядного равномерного биномиального кода с , множество кодовых слов которого представлено в таблице 1, алфавит состоит из 15 кодовых комбинаций.

Таблица 1.

Множество биномиального пятиразрядного равномерного кода

SUMMARY

Authors in this work consider the problem of development of the universal encoding device by own method and its application in adaptive systems of data processing. Also the question of search of new code sets on base already known is considered examined by such device.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Борисенко А.А., Губарев С.И., Куно Г.В.. Биномиальные счётчики //Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. _ 1982. _ № 92.

2. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. - 576 с., ил.