Компресія даних

Компресія (стиснення) даних застосовується для скорочення часу передачі даних. Оскільки на компресію даних передавальна сторона витрачає додатковий час, до якого потрібно ще додати аналогічні витрати часу на декомпресію цих даних приймальною стороною, то вигоди від скорочення часу на передачу стиснених даних зазвичай бувають помітні лише для низькошвидкісних каналів. Цей поріг швидкості для сучасної апаратури складає близько 64 Кбит/с. Багато програмних і апаратних засобів КМ здатні виконувати динамічну компресіюданих на відміну від статичної, коли дані попередньо стискаються (наприклад, за допомогою архіваторів), а вже потім надсилаються до мережі [1, 17].

На практиці може використовуватися ряд алгоритмів компресії, кожний з який застосується до визначеного типу даних. Деякі модеми надають можливість реалізації адаптивної компресію, при якій в залежності від даних, які передаються, вибирається певний алгоритм компресії. Розглянемо деякі із загальних алгоритмів компресії даних.

Десяткове упакування. Коли дані складаються тільки з чисел, значну економію можна одержати шляхом зменшення кількості використовуваних на цифру біт з 7 до 4, використовуючи просте двійкове кодування десяткових цифр замість коду ASCII. Перегляд таблиці ASCII показує, що старші три біти всіх кодів десяткових цифр містять комбінацію 011. Якщо усі дані в кадрі інформації складаються з десяткових цифр, то, помістивши у заголовок кадру відповідний керуючий символ, можна істотно скоротити довжину кадру.

Відносне кодування. Альтернативою десятковому упакуванню при передачі числових даних з невеликими відхиленнями між послідовними цифрами є передача тільки цих відхилень разом з відомим опорним значенням. Такий метод використовується, зокрема, у розглянутому вище методі цифрового кодування голосу ADPCM, що передає в кожному такті лише різницю між сусідніми вимірами голосу.

Символьне подавлення. Часто передані дані містять велику кількість повторюваних байтів. Наприклад, при передачі чорно-білого зображення чорні поверхні будуть породжувати велику кількість нульових значень, а максимально освітлені ділянки зображення - велику кількість байт, що складаються з усіх одиниць. Передавач сканує послідовність переданих байт і, якщо виявляє послідовність із трьох та більше однакових байт, заміняє її спеціальною трьохбайтовою послідовністю, в якій вказується значення байта, кількість його повторень, а спеціальний керуючий символ, який відзначає початок цієї послідовності.

Коди змінної довжини. У цьому методі кодування використовується той факт, що не всі символи в переданому кадрі зустрічаються з однаковою частотою. Тому в багатьох схемах кодування коди символів, що часто зустрічаються замінюють кодами меншої довжини, а коди, які зустрічаються рідко - кодами більшої довжини. Таке кодування називається також статистичним кодуванням. Оскільки символи мають різну довжину, при передачі кадру можлива лише біт-орієнтована передача.

При статистичному кодуванні коди вибираються так, щоб при аналізі послідовності біт можна було однозначно визначити відповідність визначеної порції біт тому чи іншому символу забороненої комбінації біт. Якщо дана послідовність біт є забороненою комбінацію, то до неї слід додати ще один біт і повторити аналіз.

Взагалі, нерівномірне кодування найефективніше, коли нерівномірність розподілу частот переданих символів досить значна, як при передачі довгих текстових рядків. При передачі двійкових даних, наприклад кодів програм, воно малоефективне, оскільки 8-бітові коди при цьому розподілені майже рівномірно.

Одним з найбільш розповсюджених алгоритмів, на основі яких будуються нерівномірні коди, є алгоритм Хафмана, який дозволяє будувати коди автоматично, на підставі відомих частот символів. Існують адаптивні модифікації методу Хафмана, які дозволяють будувати дерево кодів „на льоту”, по мірі надходження даних від джерела.

Багато моделей комунікаційного обладнання такі як модеми, мости, комутатори і маршрутизатори, підтримують протоколи динамічної компресії, що дозволяє скоротити обсяг інформації, що передається, у 4, а іноді й у 8 разів. У таких випадках говорять, що протокол забезпечує коефіцієнт стиснення 1:4 або 1:8. Існують стандартні протоколи компресії, наприклад V.42bis, a також велика кількість нестандартних, фірмових протоколів. Реальний коефіцієнт компресії залежить від типу переданих даних, так, графічні і текстові дані зазвичай стискаються добре, а коди програм - гірше [1].

4.8 Контрольні питання

1. Які типи ліній зв’язку в залежності від середовища передачі даних Ви знаєте?

2. Наведіть та стисло охарактеризуйте відомі Вам кабельні ліній зв’язку.

3. Наведіть визначення та приклади пристроїв DCE та DTE.

4. Яку проміжну апаратуру передачі даних Ви знаєте і для чого вона використовується?

5. Перерахуйте основні характеристики ліній зв’язку. Які з цих характеристик Ви вважаєте основними, а які другорядними? Відповідь мотивуйте.

6. Охарактеризуйте таку характеристику ЛЗ як амплітудно-частотна характеристика.

7. Охарактеризуйте такі характеристики ЛЗ як смуга пропущення та загасання. Наведіть вираз, для обчислення згасання.

8. Що характеризує та в яких одиницях вимірюється пропускна спроможність лінії зв’язку? Від чого залежить пропускна спроможність ЛЗ?

9. Охарактеризуйте такі характеристики ЛЗ як вірогідність передачі даних, завадостійкість,

10. Наведіть призначення та формулу обчислення показника NEXT.

11. Поясніть зв’язок між пропускною спроможністю ЛЗ та її смугою пропущення.

12. Наведіть відомі Вам стандарти кабельних систем.

13. Охарактеризуйте кабелі на основі скручених пар. Які типи таких кабелів Ви знаєте? Чим вони відрізняються між собою?

14. Охарактеризуйте кабелі на основі неекранованої скрученої пари. Наведіть категорії таких кабелів та їх область застосування.

15. Охарактеризуйте кабелі на основі неекранованої скрученої пари.

16. Наведіть види, призначення та основні характеристики кабелів на основі оптичних волокон. Порівняйте одно- та багатомодові оптоволоконні кабелі.

17. Які джерела випромінювання світла застосовуються у волоконно-оптичних кабелях? Чим вони відрізняються?

18. Що називають аналоговою модуляцією та для чого застосовується? Охарактеризуйте основні методи аналогової модуляції.

19. Наведіть основні методи дискретної модуляції.

20. З якою метою використовують цифрове кодування інформації? Наведіть основні вимоги до цифрового кодування.

21. Перарахуйте відомі Вам методи цифрового кодування. В чому принципова різниця між цими методами?

22. Охарактеризуйте та порівняйте такі коди як: NRZ, AMI, NRZI, манчестерський, 2B1Q. Наведіть приклади такого кодування.

23. Наведіть призначення та сутність логічного кодування. З якою метою використовуються надлишкові коди 4В/5В та 8В/6Т? Як підрахувати їх надлишковість?

24. З якою метою використовується скремблювання? Наведіть приклад роботи скремблера.

25. Охарактеризуйте методи B8ZS, HDB3 та наведіть їх приклади.

26. Охарактеризуйте сутність асинхронної та синхронної передачі даних.

27. Охарактеризуйте синхронні символьно-орієнтовані та біт-оріентовані протоколи.

28. Наведіть способи визначення початку та кінця кадрів у випадку синхронної передачі.

29. З якою метою виконують біт-стаффінг? Наведіть відповідний приклад.

30. Охарактеризуйте метод передачі даних без встановлення з’єднання. Наведіть його переваги та недоліки.

31. Охарактеризуйте метод передачі даних зі встановлення з’єднання. Наведіть його переваги та недоліки.

32. Поясніть, яким чином виконується контроль доставки кадрів?