4
1. Мета та задачи дисципліни
Мета дисципліни – ознайомити студентів з основними принципами теорії інформації і кодування, та засобами та ефективної передачі даних.
Задачами дисципліни є придбання студентами практичних навичок використання основних положень теорії інформації і кодування в процесі використання математичного, та програмного забезпечення, що повинно забезпечити уміння студентів:
установлювати кількісну і якісну оцінку інформації;
обчислювати інформаційні втрати, швидкість передачі інформації та пропускну здатність каналу зв’язку;
використовувати засоби оптимального кодування для компресії даних;
будувати системи захисту даних від несанкціонованого доступу;
будувати коригуючи, завадостійкі коди.
Теорія інформації і кодування є розділом кібернетики, у якому математичними методами вивчаються способи виміру кількості інформації, методи кодування для ощадливого, стиснутого представлення повідомлень і надійної передачі повідомлень по каналах зв'язку із шумами. В основі математичного апарату теорії інформації і кодування лежать ймовірні та статистичні методи.
Актуальність теорії інформації і кодування, а також технічних проблем, зв'язаних з передачею, обробкою і збереженням інформації, росте пропорційно збільшенню обсягів інформації, що спостерігається у всіх областях науки і техніки. Важливими стають проблеми компресії даних, захисту від несанкціонованого доступу, та дії завад на каналах зв’язку. Відкриваються нові класи кодів, удосконалюються методи і пристрої кодування і декодування. Одночасно збільшується потреба у фахівцях, знайомих як з теорією інформації і кодування, так і з практичними питаннями, зв'язаними з передачею, обробкою, збереженням і захистом інформації.
Одна з основних задач теорії інформації — це максимальне використання потенційних можливостей локальних, корпоративних і глобальних
5
комп'ютерних систем, шляхом спільної реалізації оптимального, завадостійкого та криптографічного кодування повідомлень.
2. Структура дискретного інформаційного каналу
Інформаційну систему передачі даних по каналі зв'язку можна представити у виді трьох укрупнених блоків: джерело повідомлень (ДП), лінія зв'язку (ЛЗ), приймач повідомлень (ПП).
Джерело виробляє повідомлення; кодери джерела перетворюють повідомлення в кодові слова, використовуючи методи оптимального, завадостійкого та криптографічного кодування. Модулятор перетворює бінарні коди в електричні сигнали.
Лінія зв'язку – це фізичне середовище у якому поширюються сигнали: провідні, кабельні, радіо та супутникові лінії.
Приймач – виконує зворотне перетворення: демодулятор перетворює електричні сигнали у бінарні коди, декодери виконують діагностику та корегування помилок, знімають стиснення, завадостійкий та криптографічний захист інформації.
джерело повідомлень
Д |
|
|
|
|
Шифра |
|
|
Кодер |
|
|
Кодер |
|
|
Моду |
|
АЦП |
|
|
|
|
|
ОНК |
|
|
ЗСК |
|
|
лятор |
|
П |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
тор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
С |
1 |
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
П |
1 |
|
|
|
Дешиф |
|
|
ДК |
|
|
ДК |
|
|
Демо |
1 |
ЦАП |
|
|
ратор |
|
|
ОНК |
|
|
ЗСК |
|
|
дулятор |
|
П |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Л |
|
З |
||
|
приймач повідомлень
Рис. 1. Модель системи передачі дискретних повідомлень
На ідеальних каналах перешкоди відсутні, а на реальних каналах перешкоди обов'язково є. Джерело і приймач складається з апаратних і програмних блоків, що забезпечують ефективність дискретного каналу зв'язку.
Функції блоків:
АЦП (аналоговоцифрової перетворювач) безперервна інформація перетвориться в дискретну.
Шифратор встановлює криптографічний захист даних.
Кодер ОНК (оптимальне нерівномірне кодування) стискає дані, компресія.