Дополнение. Анализ литературных источников о методах кодирования информации на ик в технических системах не авиационного характера
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
Анализ литературных источников о методах кодирования информации на ИК в технических системах не авиационного характера Рассмотрение методов кодирования информации Кодирование - это процесс перевода информации, выраженной одной системой знаков, в другую систему, то есть перевод записи на естественном языке в запись с помощью кодов. В процессе кодирования объектам классификации и их группировкам по определенным правилам присваиваются цифровые, буквенные и буквенно-цифровые коды. Код характеризуется алфавитом, то есть знаками, используемыми для его образования, основанием кода - числом знаков в алфавите кода и длиной кода. Различают кодирование информации следующих видов: кодирование текстовой информации; кодирование цвета; кодирование графической информации; кодирование числовой информации; кодирование звуковой информации; кодирование видеозаписи. Информация может быть представлена знаками, буквами, цифрами, цветом, яркостью (рис. 1). Каждый способ кодирования называется алфавитом, или категорией кодирования. При выборе вида алфавита нужно опираться на знания, сложившиеся и закрепленные опытом. Эффективным способом кодирования является использование цвета и формы. Наименьшее время поиска объекта затрачивается при кодировании его цветом, наибольшее — при кодировании размером и яркостью.  Рис. 1 - Способы кодирования информации Объединение в алфавите 2-х его видов — знакового и цифрового — ведет к существенному возрастанию скорости прочтения информации. Экспериментальным путем для каждого вида алфавита определяется допустимая его длина. Используют два основных типа кода, определяемых мерой его абстрактности. Абстрактный код — не связан с содержанием сообщения. В соответствии с мерой абстракции выделяют: абстрактные, схематические, иконические и пиктографические типы знаков. Конкретный код — связан с содержанием сообщения, форма сигнала связана со значением, смыслом кодируемого объекта, эти знаки лучше запоминаются и долго хранятся в памяти. При выборе алфавита необходимо опираться на систему имеющихся у оператора (наблюдателя и т.п.) знаний, закрепленных опытом, что влияет на скорость и точность декодирования. Буквы — используются для передачи информации о названии объекта. Цифры — используются для передачи информации о количественных характеристиках объекта. Цвет — используется для передачи значимости характеристик. Геометрические фигуры используются, когда нужна наглядная картина для быстрой переработки информации. Легко распознаются простые геометрические фигуры, состоящие из небольшого количества элементов. Фигуры, состоящие из прямых линий, различаются лучше, чем фигуры, имеющие кривизну и много углов (рис.1). Кодирование формой — универсальное средство, т.к. существует большой алфавит различимых символов. Различия в частоте звука, например, могут обозначать направление движения самолета вниз или вверх. Силуэтные знаки различаются лучше, чем контурные, однако при использовании силуэтных знаков нужно иметь в виду: • невозможность использования внутренних деталей при кодирования дополнительных характеристик объекта; • недопустимость сочетания в одном алфавите контурных и силуэтных знаков, т.к. в этом случае в 2—3 раза возрастает время выполнения поисковых задач. При использовании размера в качестве кодирования информации следует соотносить площадь знака с какой-либо характеристикой объекта (размером, удаленностью и т.п.). При увеличении длины алфавита до 4-х размеров отмечаются большие трудности в дифференцировании средних размеров по сравнению с крайними. Для кодирования пространственной ориентации объекта может использоваться признак ориентации линии (см. рис. 1). Визуальные коды
Для того чтобы приемник считывал информацию с линии связи в строго определенные моменты времени необходимо обеспечить синхронизацию передатчика и приемника. Эта задача может быть решена несколькими методами: методом синхронной передачи, методом асинхронной передачи, методом передачи с автоподстройкой. Последний метод применяется в современных высокоскоростных системах передачи данных. Синхронизация в соответствии с этим методом достигается за счет использования самосинхронизирующихся кодов, в которых указанием для синхронизации передатчика с приемником служат резкие перепады сигнала, т.е. фронты импульсов. Чем чаще перепады сигнала, тем надежнее синхронизация, а, следовательно, достовернее идентификация принимаемых битов данных. Имеется целый ряд самосинхронизирующихся кодов: NRZ, AMI, NRZI, манчестерский и др. Каждый из этих кодов имеет достоинства и недостатки.  Рисунок 2 Код NRZ. В простейшем случае потенциального кодирования логическую единицу можно представлять высоким потенциалом, а логический нуль - низким. Подобный способ представления сигнала получил название «кодирование без возврата к нулю, или кодирование NRZ (Non Return to Zero)». Под термином «без возврата» в данном случае понимается то, что на протяжении всего тактового интервала не происходит изменения уровня сигнала. Метод NRZ прост в реализации, обладает хорошей распознаваемостью ошибок, но не обладает свойством самосинхронизации. Отсутствие самосинхронизации приводит к тому, что при появлении длинных последовательностей нулей или единиц приемник лишен возможности определять по входному сигналу те моменты времени, когда нужно в очередной раз считывать данные. Поэтому незначительное рассогласование тактовых частот приемника и передатчика может приводить к появлению ошибок, если приемник считывает данные не в тот момент времени, когда это нужно. Особенно критично такое явление при высоких скоростях передачи, когда время одного импульса чрезвычайно мало (при скорости передачи 100 Мбит / с время одного импульса составляет 10 нс). Другим недостатком кода NRZ является наличие низкочастотной составляющей в спектре сигнала при появлении длинных последовательностей нулей или единиц. Поэтому код NRZ не используется в чистом виде для передачи данных. Код NRZI. Другим типом кодирования является несколько видоизмененный NRZ-код, называемый NRZI (Non Return to Zero with one Inverted). Код NRZI является простейшей реализацией принципа кодирования сменой уровня сигнала или дифференциального кодирования. При таком кодировании при передаче нуля уровень сигнала не меняется, то есть потенциал сигнала остается таким же, как и в предыдущем такте. При передаче единицы потенциал инвертируется на противоположный. Сравнение кодов NRZ и NRZI показывает, что код NRZI обладает лучшей самосинхронизацией в том случае, если в кодируемой информации логических единиц больше, чем логических нулей. Таким образом, этот код позволяет «бороться» с длинными последовательностями единиц, но не обеспечивает должной самосинхронизации при появлении длинных последовательностей логических нулей. Манчестерский код. В манчестерском коде для кодирования нулей и единиц используется перепад потенциала, то есть кодирование осуществляется фронтом импульса. Перепад потенциала происходит на середине тактового импульса, при этом единица кодируется перепадом от низкого потенциала к высокому, а нуль - наоборот. В начале каждого такта в случае появления нескольких нулей или единиц подряд может возникать служебный перепад потенциала. Из всех рассмотренных нами кодов манчестерский обладает лучшей самосинхронизацией, поскольку перепад сигнала происходит как минимум один раз за такт. Именно поэтому манчестерский код используется в сетях Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с (10Ваsе 5, 10Ваsе 2, 10Bаsе-Т). Код AMI. Биполярный код AMI (Alternate Mark Inversion) - кодирование с альтернативной инверсией. Это модификация кода NRZ. Имеются 3 уровня потенциала. Логическая «1» кодируется либо положительным, либо отрицательным потенциалом, причем потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей. Достоинства кода: достаточно узкий спектр сигнала (уже, чем у кода NRZ), что обеспечивает большую пропускную способность линии связи, возможность распознавания ошибочных сигналов при нарушении строгого чередования полярности сигналов. Недостаток - необходимость увеличения мощности передатчика, так как необходимо обеспечить надежное распознавание не двух, а трех уровней сигнала. При использовании этого кода самосинхронизация нарушается только в случае длинных последовательностей нулей. Для сравнительной оценки самосинхронизирующихся кодов используются следующие показатели: - качество синхронизации; - надежность распознавания принимаемых битов; - сложность реализующего код оборудования. Один из наиболее существенных недостатков потенциальных кодов - нарушение самосинхронизации при передаче длинной последовательности нулей. Рассмотрим некоторые из применяемых на практике методов, позволяющих улучшить свойства потенциальных кодов. Основными структурами изображения средств индикации являются: • индикационный кадр – законченное информационное визуальное сообщение, которое в заданный момент времени может быть целиком размещено на экране средства индикации. Кадр состоит из одного или нескольких фрагментов изображения – модулей изображения (рис.2);  Рис. 6 – Вариант индикационного кадра: 1 – шкала и указатель приборной скорости; 2 – цифровой индикатор приборной скорости, 3 – индикатор угла атаки; 4 – цифровой индикатор КУР; 5 – круговая шкала курса; 6 – цифровой индикатор курса; 7 – символ магнитного курса; 8 –индикатор авиагоризонта (углы крена и тангажа); 9 – цифровой индикатор заданного курса; 10 – индикатор заряда источника питания резервного; 11 – указатель вертикальной скорости; 12 – цифровой индикатор магнитного склонения; 13 – цифровой индикатор относительной барометрической высоты; 14 – шкала и указатель относительной барометрической высоты; 15 – индикатор текущего типа барокоррекции; 16 – индикатор давления; 17 – цифровой индикатор дальности; 18 – индикатор числа Маха; 19 – курсовая и глиссадная планки; 20 – индикатор захвата курсового и глиссадного радиомаяков. • модуль изображения – связанные между собой элементы изображения, которые характеризуются одинаковым законом перемещения на экране. Модуль может состоять из одного или нескольких элементов изображения. Модуль может быть статическим или динамическим. Статический модуль – модуль, в котором все элементы в процессе изображения не изменяют ни своего положения на экране, ни своего значения. Динамический модуль – модуль, в котором хотя бы один элемент в процессе формирования изображения от одного кадра к другому изменяет свое положение, либо значение; • элементы изображения – простейшие составляющие изображения, с помощью и на основе которых может строиться любой модуль и кадр. Элементом изображения являются, например, точка, символ (знак алфавита или цифра) и т.д. Учитывая матричную структуру средства отображения, любой графический примитив можно представить как упорядоченный набор отдельных «подсвеченных» пикселей. Тогда визуальному отображению, элементарной линии на экране будет отвечать последовательность повернутых определенным образом кристаллов, закон выбора которых напрямую зависит от алгоритма перебора соответствующих им ячеек видео ОЗУ при формировании изображения в видеопамяти. Соответствующая область научного и практического исследования получила название интерактивной машинной графики и сегодня включает в себя вопросы их аппаратной реализации как на базе современных микропроцессорных платформ, так и на базе специализированных СБИС – так называемых микросхем графических контроллеров. Графические контроллеры представляют собой «чипы» с высокой степенью интеграции, внутреннее устройство и связи которых подчинены решению определенной за дачи – формированию во внешних ячейках памяти фрагментов изображения в заданной системе координат. Порядок заполнения ячеек памяти видео основан на аппаратной реализации вычислительных процедур при выполнении поступающих в графический контроллер команд «высокого уровня». В частности, известно, что в большинстве языков программирования для того, чтобы «нарисовать» линию на экране, необходимо задать четыре ее координаты (в декартовой системе координат – Х - начальное, У- начальное, Х- конечное, У - конечное) и определить команды задания цвета и построения линии. Например, в популярном языке программирования высокого уровня «Си» для программиста это эквивалентно заданию и выполнению следующих двух команд: setcolor (red); //задание красного цвета; line(Xн,Yн,Xк,Yк) //построение линии с координатами (Xн,Yн)(Xк,Yк). Не всегда оказывается очевидным, как это реализуется на аппаратном уровне. Эти команды раскладываются (в машинном коде системы команд выполняющего программу процессора) в последовательность управляющих слов и команд графического контроллера, который осуществляет роспись ячеек в видеоОЗУ по жестко определенному алгоритму задания цвета, построения линий и т.д. Такие алгоритмы сегодня существуют для достаточно большого числа различных графических примитивов: алгоритмы построения линий различной толщины (в 1 пиксель, в 2, в 3) и атрибутов (пунктирная линия, мигание линий и т. д.); алгоритмы построения дуг, окружностей, эллипсов и т.д., основанные на задания точки центра окружности, радиуса, начальных/конечных углов; алгоритмы генерации различных шрифтов и символов согласованной конфигурации; алгоритмы построения фигур и объектов произвольной формы, их «заливка2 (за крашивание или штриховка заданным элементом изображения и т.д.) – и в той или иной степени стандартизированы. Фирмы-разработчики (в частности, Motorolla, Intel, Texes Instruments и т.д.) таких «чипов» стараются унифицировать их аппаратные интерфейсы для обеспечения программной совместимости рабочих индикационных программ. Действующий сегодня стандарт получил название VESA и распространяется на большинство аппаратно программных средств современных систем отображения информации. Стандарт непрерывно совершенствуется и накладывает ограничения в первую очередь на систему команд VESA-совместимых графических контроллеров и на форматы данных (что дости гается за счет программной поддержки “чипов” библиотеками драйверов), оставляя на усмотрение разработчиков вопросы организации внешнего интерфейса микросхем памяти, управляющей шины и специализированных интерфейсов экранов. В стремлении к реализации своей продукции в информационно-управляющих системах некоторые перспективные фирмы-производители микросхем графических контроллеров предлагают инженерам-схемотехникам набор программных инструментов для модификации базовых «прошивок» микросхем с целью обеспечение интерфейсного пользовательского взаимодействия с экранами различного типа за счет возможности изменения временных соотношений (диаграмм) тактовых CLK, кадровых VSYNC и строчных HSYNC управляющих сигналов в широких пределах. 2.2.2.2 Рассмотрение элементов выводимых параметров (масштаб, форма, размерность и др.) В большинстве случаев электронные устройства, которые выполняют те или иные функции, являются не монолитными, а составленными из целого ряда отдельных деталей, которые соединены между собой по определенной, разработанной конструкторами, принципиальной схеме. То, какие именно электронные компоненты в том или ином устройстве применяются, зависит от целого ряда факторов, среди которых ведущую роль играет его функциональное назначение, сложность конструкции и та среда, в которой оно будет использоваться. Элементы электроники характеризуются целым набором различных электрических параметров. Среди них основными специалисты считают следующие: те, которые характеризуют стабильность, надежность и потери; те, которые позволяют оценить способность переносить длительные воздействия электрических нагрузок; те, которые определяют пределы допускаемых отклонений и номинальные значения их величин. Передача изображения осуществляется за счет преобразования пространственного потока энергии излучения во временную последовательность. Процесс последовательной передачи информации о каждом элементе разложения называется разверткой или сканированием изображения. Изображение, полученное в результате однократного воспроизведения всех элементов разложения, называется кадром. Очередность (порядок) последовательной передачи элементов образует траекторию развертки. Структура поля изображения, образованная в результате развертки, называется растром. В зависимости от траектории развертки различают линейный, точечный, спиральный и другие растры. Для линейной траектории развертки растр представляет собой совокупность строк. При прямоугольном кадре отношение ширины изображения в к его высоте h называют форматом кадра в/h = k. Важным параметром, характеризующим скорость передачи изображений, является число кадров n , передаваемых (или воспроизводимых) в единицу времени. Отношение яркостей наиболее светлого и наиболее темного участков изображения называется контрастом изображения. С контрастом изображения непосредственно связано число mL воспроизводимых градаций яркости. Для цветного изображения важным параметром является также число m ц воспроизводимых градаций цветности. Разумный выбор параметров разложения изображения играет важную роль при разработке системы, предназначенной для решения определенных задач. Проанализируем указанные параметры. Параметры изображения: Координатные параметры (формат кадра, оптимальное расстояние наблюдения и число элементов разложения); Временные параметры (критическая частота пульсаций и частота кадров); Яркостные параметры изображения ИК (максимальная яркость, средняя яркость – яркость адаптации, контраст и число полутонов – градаций яркости). Координатные параметры: Формат кадра. Размер изображения ИК должен удовлетворять условиям оптимального наблюдение изображений в пространственном угле ясного зрения. Исходя из его размеров – 16х120, выбирают формат кадра = 4/3, что соответствует отношению ширины (b) экрана к высоте (h), (рис.3).  Рис.3 - Определение числа строк (а) и вертикальной четкости изображения (б) Принимая разрешение глаза ≈1 минуте, можно определить число регистрирующих информацию элементарных участков в поле ясного зрения: Nя = (aг/d)(aв/d) = (160х60’/1’)(120x60’/1’) = 700 000 где aг и a в углы поля ясного зрения глаза в горизонтальной и вертикальной плоскости. Оптимальное расстояние наблюдения (L). Экспериментально установлено, что наилучшее восприятие изображение обеспечивается при расстоянии до экрана = 4-5 высот экрана. L = (4-5)h, где L – расстояние до экрана (м), h- высота экрана (м). Число элементов разложения изображения может быть определено как произведение числа элементов по горизонтали на количество элементов по вертикале (строк разложения), или с учетом формата кадра N = k z2 = 4/3z2 где (z – число строк по вертикали, kz – число элементов в строке), и должно соответствовать числу элементарных участков поля ясного зрения. Так между элементами изображения 700000 должны воспроизводиться еще промежутки, то число элементов по крайней мере удваивается N ³ 2Nя . Тогда число строк разложения должно быть  из-за взаимного расположения деталей растра и строк разложения (рис.3) число передаваемых элементов по вертикали различно, так как в зависимости от этого в вертикальном направлении будут воспроизводится детали размером либо h/z, либо 2h/z. Это делает неоднозначную оценку четкости изображения по вертикали. Поэтому для уверенного различения изображении 700000 деталей необходимо использовать еще большее строк разложения. В настоящее время системы высокой четкости приближаются к этим требованиям, но для этого требуется значительное увеличение пропускной способности каналов связи. Четкость изображения определяется максимально возможным числом мелких деталей, различимых в этом изображении. Зависит от выбранного числа элементов (или строк) разложения, от качества работы передающих и приемных электроннолучевых трубок, от частотных и фазовых характеристик усилителей и др. Воспроизводимая на экране четкость определяется в первую очередь числом элементов разложения. В существующем стандарте она в идеале равна: kz2 = 4/3х6252 = 520832. Обычно для количественной характеристики четкости пользуются не количеством элементов разложения, а числом строк разложения, т.к. эти два параметра однозначно связаны. Естественно количество строк или элементов, необходимых для удовлетворительного воспроизведения изображения объекта зависит от характера объекта. Временные показатели. Зрительное восприятие дискретно во времени. Одиночный световой импульс будет зарегистрирован глазом, если его длительность превышает определенную величину tкр. Причем эта величина зависит от освещенности сетчатки, т.е. Еtкр = const, и меняется от сотых долей секунды, при больших освещенностях, до десятых. После прекращения действия светового потока глаз как бы продолжает «видеть» источник с яркостью, спадающей по экспоненциальному закону. Критической частотой мельканий называется минимальная частота повторения световых импульсов, при которой наблюдатель воспринимает их как непрерывное излучение. Она зависит от средней яркости поля наблюдения, размеров мелькающего участка и т.д. Для яркостей экранов критическая частота мельканий равна 46-48 Гц. Яркостные параметры. Контрастом называют отношение яркости самого яркого участка к яркости самого темного. Этот важный параметр характеризует диапазон изменения яркости. Хорошая контрастность делает изображение более естественным и увеличивает его разборчивость. Для примера, контрастность обычного ландшафта около 100, ландшафта в яркий солнечный день – 1000, внутри помещения при освещении – 20-60, мелкие детали на экране ТВ – 5-8, крупные – до 30-40. Форма видеосигнала. Величина видеосигнала, получаемого на выходе фотоэлектрического преобразователя, является функцией времени и пропорциональна яркости передаваемых элементов изображения, например, для черно-белого изображения показанного на рис.4, высокий уровень сигнала соответствует белому цвету соответствует, низкий уровень- черному цвету, а промежуточные уровни сигнала - градациям серого.  Рис.4 - Формирование видеосигнала а) - передаваемое изображение, б)-сигнал при развертки строки а-а Выводы: 1. Рассмотрены методы кодирования информации ИК не авиационного характера; 2. Проведен анализ литературных источников современных возможностей кодирования: Вся информация в системах представляется в виде двоичных чисел различной разрядности. В информационных системах обрабатываемая информация имеет текстовую или графическую форму. Текст состоит из набора символов. Каждому символу присваивается определенный (обычно восьмиразрядный) двоичный код в соответствии с одной из принятых кодовых таблиц. Графическая информация монохроматического вида представляется как совокупность светлых и темных точек. Каждой точке (пикселю) соответствует один двоичный разряд (0 и 1) в зависимости от ее яркости. Для передачи полутонов яркость пикселя указывается многоразрядным кодом. Полихроматическое (цветное) изображение составляется из множества мельчайших точек различного цвета. В этом случае для кодирования одного пикселя используются многоразрядные коды. 3. Проведен анализ литературных источников и рассмотрены элементы выводимых параметров ИК: В.А. Юзова , Г.Н. Шелованова, С.В.Комогорцев, Т.Н.Патрушева, А.А.Левицкий, Г.М. Зеер . Материалы и элементы электронной техники. Конспект лекций. Красноярск,2007 – стр.455 Кофанов, Ю.Н. Теоретические основы конструирования, технология надежности РЭС: учебник для ВУЗов. / Ю.Н. Кофанов – М.: Радио и связь, 1991. – 359 с. ГОСТ Р 52572-2006 Географические информационные системы. Координатная основа. Общие требования http://libed.ru/ https://spravochnick.ru/informacionnye_tehnologii/sposoby_kodirovaniya_informacii/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||