1.7. Краткое содержание и выводы

Эта глава была посвящена предварительной формулировке проблем связи и краткому обзору главных результатов нашей теории. Эти результаты можно резюмировать следующим образом. Для любой заданной пары источник — адресат и любого заданного канала можно определить два числа выражающие соответственно минимальное число двоичных символов в секунду, необходимое для представления сообщения, порождаемого источником, и максимальное число двоичных символов в секунду, которое может быть передано по каналу. Если скорость источника меньше, чем препускная способность канала С, то порождаемые источником сообщения смогут быть переданы по каналу в соответствии с принятым адресатом критерием точности. Более того, эта передача может быть успешно осуществлена путем предварительного преобразования сообщения в последовательность двоичных символов, на основе которой можно после соответствующего преобразования воспроизвести сообщение источника с приемлемой точностью. Эти двоичные символы в свою очередь могут передаваться с исчезающе малой вероятностью ошибки, если только скорость их порождения меньше пропускной способности канала. Существенное возрастание сложности устройств является ценой, которую приходится платить за исчезающе малую вероятность ошибки, при скорости передачи, близкой к пропускной способности канала. Минимизация числа двоичных символов в секунду, используемых для представления сообщения на выходе источника, также требует весьма сложных устройств обработки данных.

Для того чтобы оценить воздействие, которое сформулированные результаты могут оказать на будущее техники связи, необходимо кратко обсудить существующие тенденции развития потребности в системах связи и развития технологии устройств для обработки данных.

Традиционные виды связи характерны тем, что адресатом в них является человек, а не машина, и можно сказать, что они развивались как средства расширения области человеческих чувств, на что указывают сами наименования телеграф, телефон и телевидение. Например, телефонная система служит для преодоления пространства между говорящим и слушающим, с тем чтобы создать подобие нормальной звуковой связи между двумя лицами. Иными словами, телефонная система играет роль дополнительного канала, каскадно соединенного с звуковым каналом, используемым в обычном разговоре. Входное и выходное устройства преобразуют энергию звука в

электричекскую энергию и наоборот и сдвигают электрический сигнал из полосы частот, характерных для речи, в полосу более подходящую для распространения электромагнитной энергии. Важно, что операции кодирования и декодирования выполняются не телефонной системой, а говорящим и слушателем, как при обычном разговоре. С этой точки зрения разговорный язык можно рассматривать как вид кодирования, развитый в процессе эволюции для удовлетворения потребности людей в общении друг с другом. И как таковой он в состоянии преодолевать обычные естественные и искусственные помехи, действующие в звуковом канале. При этом главный этап операции декодирования выполняется мозгом слушателя. Аналогичные замечания можно сделать по поводу телеграфных систем. Телевидение несколько отличается от них, но и в этом случае очевидно, что основные функции при декодировании выполняет мозг зрителя.

Помехи, действующие в большинстве систем связи, довольно похожи на естественные помехи, привычные для органов чувств человека. Именно поэтому традиционные системы связи работают удовлетворительно при минимальной сложности оконечного устройства. Общеизвестно, что когда мы сталкиваемся с помехами более сильными, чем обычные, то мы говорим медленнее и используем меньший запас слов. Это эквивалентно уменьшению скорости передачи информации. Тем самым мы автоматически приспосабливаем форму кодирования к характеристикам имеющегося канала. Вероятно, природа и сложность операции декодирования, осуществляемой нашим мозгом, также изменяются в зависимости от типа и интенсивности помех. Это видно хотя бы из того факта, что слушать при сильном шуме для нас более утомительно.

Связь машины с машиной — это новость для традиционных видов связи. Однако некоторые авторы считают, что по объему передача сообщений между цифровыми вычислительными машинами в следующем десятилетии сравняется с объемом речевой связи. Поэтому, заглядывая в будущее, мы должны уделить особое внимание требованиям, предъявляемым этим новым видом связи. При связи машины с машиной не могут помочь ни простые естественные процессы кодирования, ни человеческий мозг, способный выполнять сложные операции декодирования. Все необходимые операции кодирования и декодирования должны выполняться либо системой связи, либо соединенной с ней машиной. Ясно, что общая точность передачи должна быть сравнима с точностью машин. При надлежащей технике модуляции всегда можно обеспечить высокую степень точности повторением каждого двоичного символа достаточно большое число раз. Это, однако, ведет к весьма неэффективному

использованию возможностей систем связи. С другой стороны, той же точности можно достигнуть, используя сложные оконечные устройства. При этом канал связи будет использован более эффективно. Ясно, что вопрос сводится к сравнению стоимостей канала и оконечного оборудования. В настоящее время о таком сравнении можно сказать лишь очень немного, поскольку мы не располагаем никакими экспериментальными данными относительно фактической сложности оконечных устройств. Однако, как разъясняется ниже, тенденции в технологии таковы, что происходит непрерывный сдвиг в сторону выгодности использования более сложного оконечного оборудования.

Технология цифровых вычислительных устройств очень быстро прогрессирует как в отношении быстродействия и уменьшения размеров деталей, так и в отношении техники массового производства. Естественно поэтому предположить, что размеры и стоимость оконечного оборудования, необходимого для надежной и эффективной связи, будут в течение некоторого периода времени систематически уменьшаться. Этого нельзя сказать о стоимости канала связи на единицу его пропускной способности. Хотя в разработке новых каналов связи имеется большой прогресс, сооружение необходимых устройств, таких, как большие антенны, подземные кабели или волноводы, не становится массовым. Поэтому стоимость пропускной способности канала в будущем не будет заметно убывать. Это предопределяет стремление к более эффективному использованию пропускной способности канала за счет более сложного оконечного оборудования. В этой связи полезно иметь в виду, что современные системы цифровой связи обычно работают со скоростями передачи, близкими к десяти или даже меньше процентам от пропускной способности канала.

Существует и другой важный аспект в вопросе о связи между машинами, который тесно примыкает к рассмотренным выше теоретическим результатам. Так как этот новый вид связи предъявляет требования, значительно отличающиеся от требований, предъявляемых к традиционным видам связи, то становится более важным отделить проектирование передающей системы от характеристик источника и адресата.

Точнее, имеется тенденция создания единых систем связи, рассчитанных на передачу двоичных символов. В этом отношении принципиальное значение имеет тот факт, что предварительное преобразование всех сообщений в двоичные символы само по себе не накладывает каких-либо ограничений на точность воспроизведения сообщения или на эффективность использования канала связи. Оно, однако, требует развития техники кодирования и декодирования, позволяющей передавать

речевые сигналы и изображения при помощи столь малого числа двоичных символов, сколь это возможно.

Проблема эффективного представления речевого сигнала и изображения двоичными символами привлекла большое внимание, особенно в последнее десятилетие. Главная трудность в этой проблеме состоит в установлении соответствующего критерия точности, т. е. определении того, какие создаваемые источником сообщения могут рассматриваться как эквивалентные. Эта проблема предельно интересна, однако она включает в себя слишком много аспектов, рассмотрение которых выходит за рамки данной книги.

1.8. Избранная литература

Нижеследующий список литературы содержит только фундаментальные статьи, цитированные в тексте, и книги, представляющие для читателя особый интерес. Ни в этой, ни в следующих главах не делается какой-либо попытки дать полную библиографию ввиду наличия превосходной современной библиографии, указанной в работе [10].

(см. скан)

(см. скан)