Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu – Chương 2 Truyền dẫn số

Chương Truyền dẫn số Sơ đồ khối chức hệ thống thông tin số đầy đủ Chức khối • • • • • Khối định dạng: làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang dãy từ mã số Khối mã hóa: nguồn làm giảm số bit nhị phân yêu cầu để truyền tin Khối mật mã hóa: làm nhiệm vụ mật mã hóa tin gốc nhằm mục đích an ninh Khối mã hóa kênh: làm nhiệm vụ đưa them bit dư vào tín hiệu số theo quy luật Giải mã nguồn,giải mật mã giải mã hóa kênh thực thu ,các trình ngược với q trình mã hóa bên phát tt • Khối ghép kênh: giúp cho tuyến truyền thơng tin chia sẻ đường truyền vật lý chung cáp,đường truyền vô tuyến… • Khối điều chế: giúp cho dịng tín hiệu số truyền qua phương tiện vật lý cụ thể theo tốc độ cho trước,với mức độ méo chấp nhận được,yêu cầu băng thông tần số cho phép • Khối đa truy cập: liên quan đến kỹ thuật nguyên tắc đó,cho phép nhiều cặp thu phát chia sẻ phương tiện vật lý chung → Khái niệm mã hóa • Cho nguồn tin rời rạc X sinh N tin hay ký tự độc lập (x 1,x 2,.,x i,…,x N).Xét tập hợp M có M phần tử hữu hạn (m 1,m 2,…,m q) • Mã hóa (encoding) nguồn tin X tập M có nghĩa biến đổi tin x nguồn tin X thành tập phần tử thuộc M nhằm thỏa mãn yêu cầu hệ thống thơng tin: • Phép biến đổi ngược lại gọi giải mã (decoding) Các tham số mã hóa: • Tập M gọi mã hiệu(code),các phần tử m gọi ký hiệu mã (symbol),số ký hiệu mã khác mã gọi số mã • Dãy liên tục ký hiệu mã dùng để mã hóa tin nguồn gọi từ mã (codeword) • Số ký hiệu mã có từ mã gọi độ dài từ mã (codeword length) • Khoảng cách mã (distance),ký hiệu d,là số ký hiệu vị trí khác hai từ mã dài Các phương pháp biểu diễn mã a/Phương pháp liệt kê: • Chỉ cần liệt kê tin nguồn từ mã tương ứng • Ví dụ: nguồn tin có tin (ký tự),các tin mã hóa bảng đây: Các phương pháp biểu diễn mã(tt) b/Phương pháp ma trận: • Từ ví dụ trên,ta thấy:có từ mã tổ hợp tuyến tính từ mã khác.Chẳng hạn: • Ví dụ ma trân sinh tương ứng với bảng mã : Các phương pháp biểu diễn mã(tt) c/Phương pháp : • Cây mã(code tree) – – – nút gốc (root node), nút (leaf node) nút nhánh (branch) • Mỗi nhánh mang ký hiệu mã,đó giá trị nhánh • Nhánh bắt đầu nút mức i kết thúc nút mức i+1 • Từ nút nhánh phân tối đa q nhánh • Từ mã bao gồm ký hiệu mã giá trị nhánh theo thứ tự từ nút gốc qua nút nhánh đến nút Ví dụ • Hình ví dụ mã cho mã gồm từ mã 00, 01, 10, 1101, 11001 • Hàm loga(1/p(i)) chọn để đánh giá định lượng cho tin.Lượng tin tin i : • Đơn vị đo lượng tin phụ thuộc vào số loga • Đơn vị lượng tin bit, nat hay harley số loga 2,e,10 • Khi chọn số lượng tin i : Entropy nguồn tin • Entropy H định nghĩa giá trị trung bình thống kê lượng tin • Xét nguồn tin sinh M ký tự độc lập thống kê.Entropy nguồn là: • Trong p(m) xác suất chon ký tự thứ m • Lý thuyết tin chứng minh giá trị lớn Entropy là: • Đối với nguồn tin ASCII có M=128 entropy cực đại : • Thực tế điều khó xảy • Đối với nguồn tin nhị phân có M=2, p(1)=p; p(0)=1-p entropy cực đại nguồn : Mã hóa Huffman • Huffman đưa thuật toán dựa xác suất xuất ký tự • Khơng có tính sửa lỗi có tính giải mã tức thời • Mã hóa Huffman thực mã hóa sử dụng bit cho ký tự có xác suất xuất cao chúng truyền thường xuyên ngược lại, nhiều bit cho ký tự có xác suất xuất thấp nên tăng hiệu suất Thuật toán Huffman gồm bước sau : • • • Sắp xếp ký tự theo xác suất giảm dần.Gán cho hai ký tự có xác suất xuất thấp với hai nhánh (0) (1) mã.Từ hai ký tự có xác suất thấp giảm cịn ký tự với xác suất tổng hai xác suất Lặp lại từ bước lại ký tự với xác suất Duyệt mã để tìm từ mã tương ứng với ký tự nguồn B1: Sắp xếp ký tự theo thứ tự xs giảm dần Tin A Từ mã B C D E F G H 000 001 010 011 100 101 110 111 Xác 0,1 suất 0,18 0,4 0,05 0,06 0,1 0,07 0,04 B1: Sắp xếp ký tự theo thứ tự xs giảm dần C 0,4 B 0,18 A 0,1 F 0,1 G 0,07 E 0,06 D 0,05 H 0,04 B2: Gán ký tự có xs thấp nhất thành một ký tự có xs bằng tổng của xs đó rồi làm lại B1 C 0,4 B 0,18 A 0,1 F 0,1 G 0,07 E 0,06 D 0,05 H 0,04 0,4 0,18 0,1 0,1 0,09 0,07 0,06 0,4 0,18 0,13 0,1 0,1 0,09 0,4 0,19 0,18 0,13 0,1 0,4 0,4 0,6 0,23 0,37 0,4 0,19 0,23 0,18 B3: Gán cho hai nhánh có xs thấp nhất giá trị và 0,4 C 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,6 1 B 0,18 0,18 0,18 0,19 0,23 0,37 10,4 0,13 0,18 0,19 10,23 A 0,1 0,1 0,1 F 0,1 0,1 0,13 0,18 G 0,07 0,09 0,1 10,1 E 0,06 0,07 0,09 D 0,05 0,06 H 0,04 B4: Duyệt mã 0,4 C 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,6 1 B 0,18 0,18 0,18 0,19 0,23 0,37 10,4 0,13 0,18 0,19 10,23 A 0,1 0,1 0,1 F 0,1 0,1 0,13 0,18 G 0,07 0,09 0,1 10,1 E 0,06 0,07 0,09 D 0,05 10,06 H 0,04 C(0) B(110) A(100) F(1111) G(1011) Tin A B C Từ 100 110 mã D E F G H 11101 100 1010 1111 11100 Xác 0,1 0,18 0,4 0,05 suấ t 0,06 0,1 0,07 0,04 Cây mã tt • Nhìn vào mã ta thấy kết mã hóa Huffman nguồn tin sau: • Độ dài từ mã trung bình : • Vậy độ lợi mã hóa : • Vậy hiệu suất đường truyền tăng từ 85% lên 97,7% Mã hóa nguồn Huffman • “AN TOAN GIAO THONG” Mã hóa nguồn Shanon_Fano • B1 : Sắp xếp tất tin nguồn tin X theo thứ tự xs xuất tăng dần (giảm dần) • B2 : Chia tồn tin nguồn tin thành nhóm có tổng xs xấp xỉ • B3 : Gán cho mỡi nhóm chữ mã nhị phân (0,1) • B4 : Lặp lại bước 2,3 mỡi nhóm còn lại ký hiệu • B5 : Duyệt từ mã từ gốc đến ... +5V Định dạng tín hiệu số • 1/Các yếu tố cần xem xét chọn mã đường • 2/ Một số loại mã đường phổ biến Định dạng tín hiệu số • 1/Các yếu tố cần xem xét chọn mã đường • 2/ Một số loại mã đường phổ... hiệu số • 1/Các yếu tố cần xem xét chọn mã đường • 2/ Một số loại mã đường phổ biến 2/ Một số loại mã đường phổ biến: • • • • • a/Mã Unipolar b/Mã Polar c/Mã Bipolar d/Mã Manchester e/Mã HDB3 2/ Một... dụ sang dạng số PCM • Mã hóa đường: để đảm bảo dạng song ký tự truyền phù hợp với đặc điểm kênh truyền • Mã hóa nguồn (source encoding): nhằm giảm số ký tự trung bình yêu cầu để truyền tin •