Структурно - каскадні методи стиснення та відновлення даних у телекомунікаційних системах

Abstract

UA: У роботі вирішене завдання стиску двійкових даних з метою економії пам’яті на кристалах і часі прийому-передачі даних в ТКМ та у процесі організації й проведення діагностичного експерименту. Мета дисертаційного дослідження – зменшення часу стиску, відновлення й передачі двійкових даних для телекомунікаційних та тестових систем. Основні результати: новий метод стиснення даних на основі структурно- каскадного кодування, що характеризується зменшенням структурно-комбінаторної надмірності та дозволяє збільшити ступінь стиснення даних без внесення похибки; новий метод відновлення двійкових даних на основі структурно- каскадного декодування, що характеризується урахуванням двокаскадної структури двійкових масивів та дозволяє відновлювати дані без внесення похибки та без використання додаткової службової інформації; нове швидке структурно-каскадне декодування, що характеризується урахуванням структурних залежностей у двійкових масивах та дозволяє зменшити кількість операцій відновлення без внесення похибки; отримала подальший розвиток модель оцінки інформативності двійкових масивів, що на відміну від існуючих комбінаторних підходів ураховує обмеження на кількість серій одиниць та дозволяє визначити середнє значення та мінімальну границю ступеня компресії двійкових даних; отримала подальший розвиток модель оцінки сумарної кількості типових операцій на обробку двійкових даних, що на відміну від існуючих моделей ураховує можливість представлення двійкових масивів у вигляді каскадних структурних чисел, а також властивість дострокового відновлення двійкових послідовностей та властивість паралельного декодування каскадних кодових конструкцій. Це дозволяє оцінити апаратно-часові характеристики процесу обробки двійкових даних. RU: В работе решена задача сжатия двоичных данных в целях экономии памяти на кристаллах и времени приема-передачи данных в телекоммуникационных системах и процессе организации и проведения диагностического эксперимента. Цель диссертационного исследования – уменьшении времени сжатия, восстановления и передачи двоичных данных для телекоммуникационных и тестовых систем. Основные результаты: новый метод сжатия двоичных данных для телекоммуникационных и цифровых систем, основанный на сокращении структурно- комбинаторной избыточности без внесения ошибок, который характеризуется представлением двоичного массива в виде каскадного структурного числа и позволяет существенно уменьшить структурную избыточность двоичных данных; новый метод восстановления двоичных данных для телекоммуникационных и цифровых систем, основанный на анализе структуры кодовых конструкций, который характеризуется взаимнооднозначным восстановлением каскадных структурных двоичных чисел без использования дополнительных служебных данных и позволяет осуществлять параллельное восстановление кодов-номеров двоичных столбцов каскадных структурных чисел; получила дальнейшее развитие модель оценивания степени сжатия двоичных данных и временных параметров соответствующих алгоритмов их обработки, которая отличается от аналогов представлением двоичных массивов в виде каскадных структурных чисел и позволяет определить минимальное, среднее и максимальное значения степени компрессии двоичных данных; получила дальнейшее развитие модель оценивания информативности двоичных массивов, которая отличается от аналогов учетом закономерностей по числу серий единиц и позволяет уменьшить избыточность в условиях нестационарности статистических свойств исходных фрагментов данных; получил дальнейшее развитие метод структурного анализа двоичных массивов, который отличается от аналогов плавающим одномерным структурным кодированием, исключающем возможность переполнения машинного слова и позволяет компактно представлять массивы двоичных данных с априорно неизвестными статистическими характеристиками; программные и аппаратные средства, имплементированные в кристалл FPGA компании XILINX, в которых реализованы методы кодирования и восстановления двоичных данных, позволяющие существенно уменьшить время кодирования и восстановления информации в телекоммуникационных и цифровых системах; модель процесса верификации и тестирования функциональностей цифровой системы на кристалле, которая обеспечивает проверку основных специфицированных условий путем моделирования проекта и диагностирования ошибок в случае их возникновения на всех стадиях жизненного цикла цифровой системы; модель системной верификации аппаратного продукта сжатия тестов в кристалле XILINX , которая иллюстрирует повышение быстродействия (х10) методов кодирования и сжатия информации при имплементации в SoC. Технические характеристики проекта TC SoC: 1) Компьютерная система: ряд IBM PC, процессор – Intel (R) Core (TM) 2 CPU, оперативная память – не менее 1 мегабайта, стандартный набор периферийных устройств. 2) Операционная система – Windows 2000, Windows 2003, Windows XP. 3) HES-board (HES2-X2000MB) компании Alatek, Poland, работающий под управлением Riviera, Active-HDL. Функции: верификация ASIC-проектов на основе ускорения средств моделирования и верификации; использование в качестве акселератора программных моделей путем перехода на аппаратные. 4) Кристалл FPGA, Xilinx Virtex II, xcv2000e. 5) Аппаратурные затраты проекта – 320 210 эквивалентных вентилей. 6) Быстродействие проекта – 42 027 MГц. EN: Thesis goal – development of binary data encoding and recovery methods, which provide of the guaranteed compression ratio and increase of information compactness coefficient on basis of decrease the structure-combinatorial redundancy without errors introduction to decrease time of binary data compression, recovery and transmission in real-time telecommunication and digital systems. Main results: a novel method of data comperession on basis of structure-cascade encoding that is characterized by decrease of structure-combinatorial redundancy and allow increasing the data compression rate without errors introduction; a novel method of binary data recovery on basis of structure-cascade decoding that is characterized by taking into account of two stage structure of binary arrays and allows recovering data without errors introduction and without additional information; new fast structurecascade decoding that is characterized by taking into account of structure relations in binary arrays and allows decreasing of recovery operations quantity without errors introduction; improved model of binary arrays informativity evaluation that taking into account the constraints of “1” series quantity and allows calculation an average value and minimal limit of binary data compression; improved model of evaluation the total quantity of operations for binary data processing that taking into account the possibility of binary arrays representation in the form of cascade structure numbers and features of early data recovery and parallel decoding of cascade code constructions. It enables evaluation the hardware-time characteristics of binary data processing.