Способ помехоустойчивого кодирования цифровой информации и способ её декодирования

009629 Настоящее изобретение относится к области информатики и связи, к способам передачи и хранения цифровой информации, а более конкретно к способу помехоустойчивого кодирования цифровой информации и способу е декодирования. В настоящее время широко применяется помехоустойчивое кодирование цифровой информации для решения задач безошибочной передачи и хранения цифровой информации. Помехоустойчивое кодирование цифровой информации заключается в добавлении к блоку двоичной информации проверочного блока, который позволяет при декодировании обнаруживать и исправлять ошибки. Широко известны и технически реализуемы линейные коды, в которых кодирование цифровой информации происходит путем умножения блока двоичной информации на кодирующую матрицу, циклические коды, в которых кодирование происходит в регистре сдвига и т.д. Общим принципиальным недостатком известных способов помехоустойчивого кодирования является большая длина проверочного блока, который необходимо добавлять к исходной двоичной информации. Так, например, широко известен код БЧХ (5,15,7) (см. Коды и математика, авторы М.Н. Аршинов, Л.Е. Садовский, издательство Наука, 1983 г., с. 73), где 5 - длина блока двоичной информации в битах; 15 - длина кодового слова; 7 - минимальное расстояние кода. Порождающей матрицей данного кода является Кодирование происходит путем разбиения исходной информации на блоки по 5 бит и их умножения на матрицу G, в результате чего получается кодированная информация длиной 15 бит, в которой затем можно исправлять любые ошибки, вес которых не больше 3 (т.е. ошибки в любых трех или меньшем числе позиций). Легко рассчитать, что при передаче информации, таким образом, необходимо вместо 5 бит передавать ровно в три раза больше, что означает избыточность при передаче или хранении информации, равную 200%, что неприемлемо, в первую очередь, для низкоскоростных каналов связи. В основу настоящего изобретения положена задача создания способа помехоустойчивого кодирования цифровой информации, реализация которого привела бы к существенному снижению избыточности информации при помехоустойчивом кодировании. Эта задача решена благодаря реализации способа кодирования цифровой информации, заключающегося в том, что представленную в двоичном коде цифровую информацию разбивают на информационные блоки, далее для каждого полученного таким образом информационного блока вычисляют функцию,зависящую от каждого бита информационного блока, в результате вычисления функции получают контрольный блок, который объединяют с информационным блоком, в результате чего образуется помехоустойчивый блок, содержащий кодированную цифровую информацию. Другой задачей настоящего изобретения является создание способа декодирования цифровой информации, кодированной в соответствии с вышеописанным способом помехоустойчивого кодирования,реализация которого привела бы к возможности исправления произвольного числа ошибок, определяемого качеством канала связи или способа хранения информации, а также к возможности адаптивного изменения параметров кодирования в зависимости от практической надобности. Эта задача решена за счет реализации способа декодирования цифровой информации, заключающегося в том, что из каждого помехоустойчивого блока, содержащего информационный и контрольный блоки, составляющие кодированную цифровую информацию, выделяют информационный блок, после чего для каждого выделенного информационного блока вычисляют функцию, зависящую от каждого бита информационного блока, далее сравнивают вычисленное значение функции с е же ранее вычисленным значением, составляющим контрольный блок, при совпадении значений информационный блок расценивают как декодированную цифровую информацию, а при несовпадении значений последовательно изменяют по меньшей мере несколько бит помехоустойчивого блока, таким образом получая скорректированный помехоустойчивый блок, и далее вычисляют для каждого скорректированного помехоустойчивого блока упомянутую функцию и сравнивают е с ранее вычисленным значением, составляющим контрольный блок, при совпадении значений скорректированный информационный блок расценивают как декодированную цифровую информацию. По предлагаемому способу кодирования к информационному блоку M длиной m вырабатывается-1 009629 корректирующий блок K длины k, mk при помощи нелинейного размешивающего преобразования H типа хеш-функции. В практических приложениях целесообразно использовать имитовставку с фиксированным ключомK=H(M) Передача информации организована таким образом, что для каждого блока Mi вычисляется контрольный блок Ki=H(Mi), который объединяется с Mi, образуя помехоустойчивый блок MiKi, который передается в канал связи. В канале связи действуют ошибки, которые моделируются следующим образом - переданный помехоустойчивый блок MiKi суммируется по модулю 2 с вектором ошибки О веса t и длиной m+k. Далее декодирование полученного потенциально искаженного ошибкой помехоустойчивого блока производится следующим образом - перебирается все множество возможных ошибок, называемых также синдромами, St веса t и для каждого синдрома Stx вычисляется H(Mi+O+Stx) и сравнивается с Ki, в случае,если ошибки не приходятся на корректирующий блок, и с Ki+[Stx] в противном случае ([Stx] - последниеm бит вектора синдрома). При совпадении фиксируется, что ошибка вызвана синдромом Stx и она исправляется суммированием по модулю 2 с этим синдромом на длине m информационного блока. При этом мощность множества синдромов определяет трудоемкость декодирования и оценивается сверху величиной D=(m+k)t. Возможная ошибка декодирования, при которой искаженный вектор может быть принят за правильный, оценивается величиной p=D/2k. Технически целесообразно оценивать параметр t величиной 2-3 и, исходя из этого, варьировать длину информационного блока m. В реализации заявленного способа в описываемом ниже макете, реализующем телефонную связь повышенного качества, t=1 и t=2, длина информационного блока m=64 байта=512 бит, длина контрольного блока k=4 байта=32 бита, избыточность порядка 6% и достоверно исправляются 2 ошибки на блок. Таким образом, в результате реализации раскрытых выше способов достигаются нижеследующие явные преимущества: существенное снижение избыточности информации при помехоустойчивом кодировании (с сотен процентов до 5-10%); возможность исправления произвольного числа ошибок, определяемого качеством канала связи или способа хранения информации; адаптивное изменение параметров кодирования в зависимости от практической надобности. Настоящее изобретение более детально раскрыто в нижеследующем подробном описании телефонного аппарата мобильной подвижной радиосвязи, в котором реализованы описанные способы, со ссылками на прилагаемую принципиальную схему системы (см. чертеж), реализующей телефонную связь повышенного качества. Телефонный аппарат содержит приемо-передающую антенну 1 телефона, приемо-передающее устройство 2, интерфейсный блок 3, вычислительный узел 4 с микропрограммой кодирования и декодирования, запоминающее устройство 5 для временного хранения данных, генератор 6 корректирующих блоков, блок 7 восстановления речи, устройство 8 воспроизведения речи, вокодер 9 и микрофон 10. Элементы 3-6 телефонного аппарата программным образом реализуют заявляемый способ. Каждый из телефонов, содержащий устройство для кодирования и декодирования (интерфейсный блок 3, вычислительный узел 4, запоминающее устройство 5, генератор 6 корректирующих блоков), обменивается с другим телефоном речевой информацией, вводимой с микрофона 10, преобразуемой в цифровую форму вокодером 9, передаваемой в интерфейсный блок 3, который разбивает на информационные блоки представленную в двоичном коде речевую оцифрованную информацию, далее для каждого полученного таким образом информационного блока в вычислительном узле 4 вычисляют функцию, зависящую от каждого бита информационного блока, в качестве которой используется имитовставка, в результате вычисления функции получают контрольный блок, который направляется обратно в интерфейсный блок 3, в котором объединяют результат вычисления функции с исходным информационным блоком, в результате чего образуется помехоустойчивый блок, содержащий кодированную цифровую информацию, который затем направляется на приемо-передающее устройство 2, которое в свою очередь передает его на приемо-передаюшую антенну 1 телефона и направляет его другому телефону по радиоканалу. Принимаемая от другого аналогично устроенного телефона с номером j цифровая информация, состоящая из помехоустойчивого блока, содержащего информационный и контрольный блоки, составляющие кодированную цифровую информацию, поступает из радиоканала на приемо-передаюшую антенну 1 телефона i, затем на приемо-передающее устройство 2, передается в интерфейсный блок 3, который выделяет из нее информационный блок, после чего каждый выделенный информационный блок направляется в вычислительный узел 4, в котором для упомянутого блока вычисляют функцию, зависящую от каждого бита информационного блока, в качестве которой используется имитовставка, далее в этом же вычислительном узле 4 сравнивают вычисленное значение функции с е же ранее вычисленным значени-2 009629 ем, составляющим контрольный блок, при совпадении значений информационный блок расценивают как декодированную цифровую информацию и направляют данную цифровую информацию, являющуюся оцифрованной речью, в блок восстановления речи 7, а затем в устройство 8 воспроизведения речи. При несовпадении значений последовательно при помощи генератора 6 корректирующих блоков изменяют по меньшей мере несколько бит помехоустойчивого блока, таким образом получая скорректированный помехоустойчивый блок, и далее в вычислительном узле 4 вычисляют для каждого скорректированного помехоустойчивого блока, размещенного в запоминающем устройстве 5 для временного хранения данных, упомянутую функцию и сравнивают е с ранее вычисленным значением, составляющим контрольный блок, при совпадении значений скорректированный информационный блок расценивают как декодированную цифровую информацию и направляют декодированную цифровую информацию, являющуюся оцифрованной речью, в блок восстановления речи 7, а затем в устройство воспроизведения речи 8. По сравнению со всеми способами помехоустойчивого кодирования и декодирования цифровой информации, известными заявителю, раскрытые в настоящей патентной заявке способы характеризуются существенным снижением уровня избыточности при передаче и хранении информации, повышением уровня защищенности и скорости передачи цифровой информации в различных каналах связи, а также повышением достоверности передачи информации за счет исправления ошибок. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ кодирования цифровой информации, заключающийся в том, что представленную в двоичном коде цифровую информацию разбивают на информационные блоки, далее для каждого полученного таким образом информационного блока вычисляют функцию, зависящую от каждого бита информационного блока, в результате вычисления функции получают контрольный блок, который объединяют с информационным блоком, в результате чего образуется помехоустойчивый блок, содержащий кодированную цифровую информацию. 2. Способ декодирования цифровой информации, кодированной в соответствии с п.1, заключающийся в том, что из каждого помехоустойчивого блока, содержащего информационный и контрольный блоки, составляющие кодированную цифровую информацию, выделяют информационный блок, после чего для каждого выделенного информационного блока вычисляют функцию, зависящую от каждого бита информационного блока, далее сравнивают вычисленное значение функции с е же ранее вычисленным значением, составляющим контрольный блок, при совпадении значений информационный блок расценивают как декодированную цифровую информацию, а при несовпадении значений последовательно изменяют по меньшей мере несколько бит помехоустойчивого блока, таким образом получая скорректированный помехоустойчивый блок, и далее вычисляют для каждого скорректированного помехоустойчивого блока упомянутую функцию и сравнивают е с ранее вычисленным значением, составляющим контрольный блок, при совпадении значений скорректированный информационный блок расценивают как декодированную цифровую информацию.