Передача информации лампочкой

[Dmitriy40]

Если проигнорировать кодирование точек и тире как 4-5-6 битовых интервала и передавать сами символы О,А,В,С (в битовом выражении) с кодированием входных битов 0=О, 1=С, то получится ухудшенный код Манчестера с инвертированным первым (по времени) битом. И потому без его преимуществ (отсутствие постоянной составляющей и самосинхронизация).
Если же использовать для передачи битов именно описанные точки и тире, то скорость передачи снижается в 4-5-6 раз, получая взамен лишь повышенную устойчивость к ошибкам и некоторую самосинхронизацию. Для "нечеловекоудобных" кодов это ужасно медленно и неудобно. Даже простейший код Манчестера снижает частоту лишь ровно вдвое, получая и самосинхронизацию, и устойчивость к ошибкам, и отсутствие постоянной составляющей. Код Миллера частоту вообще не снижает, но повышая требования к стабильности измерения времени.

Код Манчестер оперирует одним битом, его достаточно и для формирования выходной последовательности, и для анализа входной.
Код Миллера оперирует двумя битами, в вики нарисован граф переходов. Для входного анализа вместо битов выступают интервалы, и тоже максимум лишь двойной длительности битов. Но передавать именно пары битов нет необходимости, надо лишь знать текущий и предыдущий бит в потоке, которые сохраняются именно на триггерах как вы и описали.
Код Морзе кстати использует вовсе не два символа (точка и тире), а минимум 5 (ещё три паузы), плюс отсутствие сигнала.

По прежнему непонятна Ваша задача. Придумать хоть какой-нибудь код? Не формулируя к нему никаких априорных требований? Ну вот придумали, оказалось повторили или ухудшенный Манчестер или код Морзе. В чём смысл то? Поупражняться в выдумывании абстрактных кодов передачи информации? Ну да, бывает полезно, если понимать зачем или если это просто хобби. Тогда вот вам ещё код: каждый бит кодируется одной из следующих последовательностей 0=Гп, 1=ГГп, где Г означает горение лампочки, п - погашенность. Почти аналог кода Морзе (чуть сокращённый). Или примерный аналог Манчестера, но в 1.25 раза (в среднем) медленнее. Сохраняет самосинхронизацию, но теряет свойство отсутствие постоянной составляющей, и в плане расхода энергии тоже хуже. Также теряет удобное для аппаратуры свойство постоянного соотношения символьной и битовой скорости.

PS. Под снижением скорости передачи/приёма я подразумевал снижение скорости потока битов при постоянном минимальном интервале смены состояний лампочки.

-- 23.07.2017, 16:17 --

Побережный Александр в сообщении #1235406 писал(а):

Я рассмотрел стек из двух регистров, но мне кажется более интересен аналогичный способ кодирования со стеком с тремя регистрами. Здесь алфавит больше получается.

Посмотрите хоть в вики метод кодирования 8b/10b - там стек регистров (точнее триггеров) глубиной аж 8. Точнее прямая перекодировка каждого байта в 10-ти битовую последовательность, которая уже и подаётся на лампочку. Куча бонусов: и самосинхронизация, и отсутствие постоянной составляющей, и контроль разнообразных ошибок, и постоянство битовой скорости независимо от передаваемых данных, и возможность добавления служебных символов (не кодирующих байты потока данных), и даже скорость снижается всего лишь в 1.25 раза. Минусы: сложность кодера и тем более декодера, повышение требований к точности измерения времени.

[Побережный Александр]

Dmitriy40, передаются не сами символы O, A, B, C, а общий бит рядом стоящих символов.
Пример, A - это $(0,1)$, B - это $(1,0)$. Следовательно, если встречается в последовательности ...AB..., то передается только ...$1$... Другими словами, второй бит первой буквы обязательно совпадает с первым битом следующей буквы и этот совпадающий юбит и передается
Буква O не может быть рядом с буквой C. Также буква A не может следовать после буквы C и буква B не может быть перед C.
Пример, запись OABA соответствует последовательности битов для передачи $010$.

Давайте закодируем слово SOS. В азбуке Морзе это $\cdot\cdot\cdot$_$---$ _ $\cdot\cdot\cdot$
Один из вариантов кодировки "точка" - это AB, "тире" - это ACB. Черточка внизу - это пробел.
Кодируем, OABABABOACBACBACBOABABABO. Теперь формируем набор битов для передачи.
Он выглядит так 010101001101101100101010.
Будет передано 24 бита. В других системах кодировки надо передавать в два раза больше.

[Dmitriy40]

Побережный Александр в сообщении #1235520 писал(а):

Будет передано 24 бита. В других системах кодировки надо передавать в два раза больше.

Не обязательно вдвое больше. Возьмём кодировку $\{\cdot \to 0, - \to 10, \_ \to 11\}$, в нёй поток {···_---_···} кодируется последовательностью 0001110101011000, всего лишь 16 битов, даже меньше чем у Вас, а не вдвое больше, как Вы утверждаете.

Побережный Александр в сообщении #1235520 писал(а):

Один из вариантов кодировки "точка" - это AB, "тире" - это ACB. Черточка внизу - это пробел.

Забыли упомянуть, что пробел (пауза) кодируется символом О. Ну и коды паузы до и после сообщения зачем-то добавили, без них последовательность будет 22 бита и точно соответствовать слову SOS. Давайте разберём этот ваш код, оказывается все заумные преобразования сводятся к простой таблице замен: $\{\cdot \to 10, - \to 110, \_ \to 0 \}$, причём самый последний (правый) 0 в сообщении отрезается. Почти такой же код и я выше предложил, только без пауз. Выбор символов не слишком удачный, паузы встречаются реже точек и тире, а занимают меньше всего места; кодовая комбинация $111$ вообще не используется. Средняя длина кода будет чуть меньше $2{,}5$ бит на входной символ (из алфавита $\{\cdot, -, \_\}$), изменив кодирование тире на комбинацию $11$ можно уменьшить среднюю длину кода до немного меньше $2$ бит на входной символ (потеряв некоторые полезные свойства кода).

Вы бы почитали правда хоть что-то о построении кодов ... Или хоть примеры разных кодов посмотрели. Не пришлось бы изобретать известное и столь мудрёно описывать ...

[Toucan]

Тема перемещена из форума «Междисциплинарный раздел» в форум «Computer Science»

[realeugene]

Побережный Александр в сообщении #1234125 писал(а):

Следующий нюанс. С точки зрения экономии энергии...

Договорившись о протоколе, разумеется, при помощи зажигания лампочки можно передавать информацию. Но сначала вам нужно определиться с техническими требованиями к вашей системе. Потому что протоколов можно придумать множество самых разных, и вам нужно иметь критерий выбора, позволяющий выбрать лучший для вас. Например, в одних задачах требуется экономить среднюю мощность, а в других на это наплевать и главное, не сжечь эту лампочку как можно дольше. Выбирать вам. Но если вам нужно что-либо простое для декодирования человеком - соглашусь с предыдущими ораторами, используйте проверенную временем азбуку Морзе. Для компьютерной связи она, конечно, не оптимальна, но для декодирования человеком имеет множество положительных свойств.

[Побережный Александр]

realeugene в сообщении #1236641 писал(а):

Договорившись о протоколе....

В тот то и дело, что я пытаюсь рассмотреть ситуацию, когда два разумных существа через какую-то среду, проводящую информационные сигналы,
смогут догадаться о поступлении сигнала и даже осуществить обмен информацией.
БЕЗ ДОГОВОРЕННОСТЕЙ.
Какие ключевые моменты надо учесть при этом?
Азбука Морзе в этой схеме не проходит, так как обе стороны должны ее знать.
В качестве какого-то приближения, можно рассмотреть вариант, что стороны знают азбуку Морзе.
Но смогут ли они наладить полноценный обмен информацией в самой простой схеме с лампочкой?
Да и сама модель с лампочкой представлена не совсем корректно, на мой взгляд.
Если понимать под $0$ и $1$ равнозначные сигналы, то лампочка далжна состоять из двух половинок, каждая со своей нитью накаливания. Одна половинка
зажигается желтым светом, другая половинка - синим. Пусть $0$ - это желтый цвет, а $1$ - синий.
Возможны 4 варианта: ничего не горит, горит желтый, горит синий, горит зеленый(одновременно горит и желтый и синий).
Теперь можно предложить некоторую трактовку сигналов.
Например, ничего не горит - никакой передачи сигналов нет.
Зеленый цвет - это разделитель между желтым и синим цветом.

[realeugene]

Побережный Александр в сообщении #1238964 писал(а):

Какие ключевые моменты надо учесть при этом?

Слепоглухих вроде бы как-то обучают. Но проблема тут явно не техническая. Сколько сторон у лампочки мне кажется совершенно не важным.

[Dmitriy40]

Побережный Александр
Для любой передачи сигналов надо иметь минимум два различимых состояния канала связи. И 4 и 3 и больше уже не обязательно.
Как только есть два (или больше) разных состояния уже можно придумывать смысл как самим этим состояниям, так и некоторым их комбинациям, в том числе последовательностям, в том числе с учётом времени. И вариантов таких придумаок может быть очень много.
Но если на другой стороне неизвестно какой вариант используется, то передать осмысленную информацию нельзя - нет критерия отличия её от шума или от любой другой возможной информации.
По моему Вы ходите по кругу, вместо того чтобы чётко определить условия задачи.

[3.K.]

Побережный Александр в сообщении #1238964 писал(а):

В тот то и дело, что я пытаюсь рассмотреть ситуацию, когда два разумных существа через какую-то среду, проводящую информационные сигналы,
смогут догадаться о поступлении сигнала и даже осуществить обмен информацией.
БЕЗ ДОГОВОРЕННОСТЕЙ.

Например, если сигнал имеет явно не нативное происхождение, то принимающая сторона уже по виду этого сигнала догадается, что с большой вероятностью это сигнал, а не шум. Т.е. если не будет объяснения для случайного возникновения сигнала у принимающей стороны, то она естественно будет рассматривать версию о "разумном" происхождении сигнала. Например, проанализировав спектр сигнала было установлено, что сигнал послан с помощью электрического тока и вольфрама. Если принимающая сторона начнет испускать встречные сигналы и при этом обнаружится корреляция с поступающими сигналами, то достоверность "разумного" происхождения сигнала повысится и это уже тоже информация. Естественно полноценно разговаривать сразу не получится, а может и вообще не удастся, но получить информацию о том, что с большой степенью достоверности сигнал исходит от разумных существ наверное всё-таки можно. Расшифровка же сигнала и создание взаимно понятного языка возможны лишь при достаточном уровне развития обеих сторон и использовании дополнительной информации из сигнала- например, установление технологий с помощью которых сигнал был создан может дать частичную информацию об уровне технического развития. Далее можно передавать математические закономерности и последовательности, и пытаться их принять. Т.е. на начальном этапе с помощью такого сигнала можно получать и передавать лишь самую общую информацию, а не распространяться о произведениях Пушкина или расписывать великолепие полотен Рембранта или Рубенса.

[Dmitriy40]

3.K. в сообщении #1239011 писал(а):

Например, проанализировав спектр сигнала было установлено, что сигнал послан с помощью электрического тока и вольфрама.

Как Вы это себе представляете, что установлено?! Электрический ток в лампочке является лишь нагревателем, дальше нить светится как обычное нагретое тело, в излучении ничего от тока не осталось (ну кроме низкочастотной модуляции если она есть, но и она может быть вызвана не исключительно током).
А может "там у них" нить накаливания нагревают потоком нейтрино, им же и модулируют?

3.K. в сообщении #1239011 писал(а):

Если принимающая сторона начнет испускать встречные сигналы и при этом обнаружится корреляция с поступающими сигналами,

Это если обнаружится. А если в ответ будут случайные флуктуации излучения - то что дальше? Или не случайные, но и не коррелирующие с нашей передачей? Или коррелирующие, но лишь спустя миллион лет? Или если просто тупой повтор нашей передачи (100% корреляция!) - ну и какая в этом информация кроме наличиня зеркала где-то далеко?

Это далеко не все вопросы, которые надо поставить перед собой и решить прежде чем говорить "мол договоримся как-нибудь" ...

[3.K.]

Dmitriy40 в сообщении #1239028 писал(а):

Как Вы это себе представляете, что установлено?! Электрический ток в лампочке является лишь нагревателем, дальше нить светится как обычное нагретое тело, в излучении ничего от тока не осталось (ну кроме низкочастотной модуляции если она есть, но и она может быть вызвана не исключительно током).
А может "там у них" нить накаливания нагревают потоком нейтрино, им же и модулируют?

Допустим это планета с атмосферой, чтобы был чистый спектр вольфрама необходимо поместить его в прозрачную вакуумную упаковку, то есть сделать лампочку. А чем в лампочке проще греть нить, потоком нейтронов или током? Если будут греть потоком нейтронов, то будет спектр от плазмы. Модуляцию конечно можно сделать и прикрывая лампочку куском непрозрачного материала, но это тоже можно определить по затуханию интенсивности сигнала.

Dmitriy40 в сообщении #1239028 писал(а):

Это если обнаружится. А если в ответ будут случайные флуктуации излучения - то что дальше? Или не случайные, но и не коррелирующие с нашей передачей? Или коррелирующие, но лишь спустя миллион лет? Или если просто тупой повтор нашей передачи (100% корреляция!) - ну и какая в этом информация кроме наличиня зеркала где-то далеко?

Это далеко не все вопросы, которые надо поставить перед собой и решить прежде чем говорить "мол договоримся как-нибудь" ...

Говорить достоверно, что договоримся как-нибудь вообще не получится. Пока не договоримся, никто не знает договоримся или не договоримся. Просто чем больше информации сможем извлечь, тем больше вероятность договориться. А насчет зеркала- да откуда ему взяться где-то далеко, да еще и с усилителями? Это маловероятно. Естественно, что это далеко не все вопросы и мы их даже не в состоянии сейчас все представить и сформулировать. Это очень грубо, в общих чертах, к тому, что говорить о расшифровке каких-то битов информации очень рано, информацию придется получать из косвенных источников, а не из битов и не в строгом виде, а в очень расплывчатом, вероятностном, что-то типа "скорее да, чем нет", постепенно повышая уровень её достоверности наблюдениями.

[Побережный Александр]

Dmitriy40 в сообщении #1239008 писал(а):

Для любой передачи сигналов надо иметь минимум два различимых состояния канала связи.

Никто с этим и не спорит. Вопрос в том, как передать информацию, используя эти два состояния канала связи.
Единицей передаваемой информации является не сами состояния канала связи, а их переход с одного состояния в другое.
Другими словами, бит передаваемой информации задается последовательной парой существующих состояний.
А таких возможных пар четыре, которые я обозначил буквами $O(0;0),A(0;1),B(1;0),C(1;1)$.
Причем $A,B$ различимы визуально. Здесь происходит переход с одного состояния на другое.
А вот $O,C$ зависят от времени, которое может неоднозначно трактоваться передающей и принимающей сторонами.
Например, горит лампочка с синим цветом. Это означает что? Что много раз передается состояние $1$ или много времени дается для передачи всего одной единички?
Может для этого требуется отдельный символ, чтобы разделять одинаковые передающиеся биты?
Так как для передачи информации требуются служебные символы, мне кажется лучше передавать информацию не парами состояний,
а тройками.
Другими словами, я предполагаю, что только последовательная тройка состояний канала связи(из двух различимых)
формирует минимальную порцию передаваемой информации.
Напоминаю, что рассматривается модель, где принимающая и передающая сторона не имеют возможности предварительно договориться.

[realeugene]

Побережный Александр в сообщении #1239097 писал(а):

Единицей передаваемой информации является не сами состояния канала связи, а их переход с одного состояния в другое.

Фраза бессмысленная. Лучше всего, ознакомьтесь с оригинальной работой Шеннона по системам связи, чтобы пользоваться общепринятой терминологией.

[3.K.]

Побережный Александр в сообщении #1239097 писал(а):

Другими словами, я предполагаю, что только последовательная тройка состояний канала связи(из двух различимых)

В тройке тоже могут быть такие состояния как 111, 000 или 001, 011 и это нисколько не избавляет от ситуации возникающей с парой сигналов:

Побережный Александр в сообщении #1239097 писал(а):

Например, горит лампочка с синим цветом. Это означает что? Что много раз передается состояние $1$ или много времени дается для передачи всего одной единички?
Может для этого требуется отдельный символ, чтобы разделять одинаковые передающиеся биты?

А вообще, минимальной единицей информации можно считать не пару сигналов, а единичный сигнал. Переход к тройкам - это уже переход от бит к байтам. При этом 3-мя единицами можно закодировать уже 8 бит информации. Но это и усложнение кода. Помимо всего прочего, принимающей стороне необходимо будет расшифровать и структуру байта, можно вообще в двоичнодополнительном коде передавать информацию. Но это всё повлечет усложнение для расшифровки. Различать сигналы действительно можно по их длительности, а не вводить специальные разделительные сигналы не несущие никакой информации. Разделительные сигналы необходимы там, где они несут информацию, например натуральный ряд можно передать следующим образом: 1,0,0,0,1,0,1,0,0,0,1,0,1,0,1,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,0,0,.......
Сложно не усмотреть в таком сигнале закономерности. Здесь 3 нуля разделяют каждое число, а один ноль - единицы из которых это число состоит. Примитивно? - да, но позволяет понять, что в сигнале заложена закономерность и какая именно закономерность. Если связь будет установлена и получен ответный сигнал, то дальше можно уже экспериментировать, усложняя постепенно кодировку и саму информацию. В частности, приняв данную последовательность, принимающая сторона поймет, что имеет дело с сигналом от разумного источника, имеющего представление о натуральных числах и именно такого характера информацию придется накапливать в течение очень длительного времени, прежде чем удастся, если вообще удасться создать понятный обеим сторонам язык, позволяющий описывать что-то отличное от математических закономерностей. Т.е. первым языком в таком общении должна стать в любом случае математика. И передаваемая информация будет содержаться не в битах, а в том, каким уровнем абстракции и сознания обладает передающая сторона, какие ей известны закономерности. Например можно передавать пифагоровы тройки и всё в этом духе.

Побережный Александр в сообщении #1238964 писал(а):

Да и сама модель с лампочкой представлена не совсем корректно, на мой взгляд.
Если понимать под $0$ и $1$ равнозначные сигналы, то лампочка далжна состоять из двух половинок, каждая со своей нитью накаливания.
Одна половинка зажигается желтым светом, другая половинка - синим. Пусть $0$ - это желтый цвет, а $1$ - синий.
Возможны 4 варианта: ничего не горит, горит желтый, горит синий, горит зеленый(одновременно горит и желтый и синий).

Может принимающая сторона вообще не различает цветов - дальтоники они например.

[Dmitriy40]

Побережный Александр в сообщении #1239097 писал(а):

Вопрос в том, как передать информацию, используя эти два состояния канала связи.

Да легко: кодом Манчестера, или кодом Миллера, или азбукой Морзе, или ещё миллионом других кодов. Вообще никаких проблем! Кроме одной - выбрать конкретный вариант кода и обеим сторонам об этом договориться/узнать.

Побережный Александр в сообщении #1239097 писал(а):

Единицей передаваемой информации является не сами состояния канала связи, а их переход с одного состояния в другое.

Может быть и то, и другое, и ещё много других вариантов. Здесь Вы сами себя уже значительно ограничиваете, с непонятной целью.

Побережный Александр в сообщении #1239097 писал(а):

Может для этого требуется отдельный символ, чтобы разделять одинаковые передающиеся биты?

Может и требуется, а может и нет, всё зависит от конкретного кода передачи. Вы желаете сварганить код с разделителями, Ваше право. Но жизнь только такими не ограничивается, есть коды и без них, огромная куча.

Побережный Александр в сообщении #1239097 писал(а):

Напоминаю, что рассматривается модель, где принимающая и передающая сторона не имеют возможности предварительно договориться.

Вам уже несколько раз сказали, что это Ваше требование аннулирует любые остальные Ваши рассуждения о кодах. Даже если вдруг и получили поток каких-то чисел (как тут предлагает выше ещё один немного наивный товарищ), то что с ним делать дальше без априорной договорённости совершенно неизвестно, он так и останется набором чисел и максимум что может означать - кто-то вероятно разумный потрудился передать кучу чисел.
Сколько можно повторять?

3.K. в сообщении #1239121 писал(а):

например натуральный ряд можно передать следующим образом: 1,0,0,0,1,0,1,0,0,0,1,0,1,0,1,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,0,0,.......
Сложно не усмотреть в таком сигнале закономерности.

Легко: почему 3 нуля подряд взяли за разделитель? Где об этом информация в самом коде? Я вот возьму за разделитель 128 подряд нулей - и получу просто кучу импульсов из вашего кода. И? Снова нужны априорные знания.

3.K. в сообщении #1239035 писал(а):

А чем в лампочке проще греть нить, потоком нейтронов или током? Если будут греть потоком нейтронов, то будет спектр от плазмы.

Во первых я говорил про нейтрино, Вы их вообще отличаете от нейтронов? Во вторых, это Вам проще током, а кому-то может проще нейтрино, ну вот имеет он в распоряжении под боком мощный управляемый их истоник, а сворачивать металл в тонкую проволоку не умеет и огромных токов (для разогрева толстого куска металла) нечем получить. Вот и греет не током, а потоком нейтрино. Почему нет? В третьих, откуда взяться плазме? Есть кусок металла, есть поток нейтрино, никакой заметной ионизации вещества не будет, лишь тупой нагрев из-за поглощения, а те крохи что всё же будут (из-за ядерных реакций) - так и останутся в глубине металла и быстро исчезнут, не внеся никакого вклада в тепловое излучение.

3.K. в сообщении #1239035 писал(а):

Модуляцию конечно можно сделать и прикрывая лампочку куском непрозрачного материала, но это тоже можно определить по затуханию интенсивности сигнала.

Нельзя, перекрытие потока может быть выполнено разными - и по условию задачи неизвестными нам! - методами и потому никакого плавного затухания может и не быть. Или быть, но неотличимо от обычного теплового разогрева и остывания куска металла. Вариантов много. И без априорного знания можем лишь выдвигать предположения.

3.K. в сообщении #1239035 писал(а):

А насчет зеркала- да откуда ему взяться где-то далеко, да еще и с усилителями? Это маловероятно.

Но возможно. Например попали лучом точно в газовую оболочку нейтронной звезды и так уж неудачно выбрали спектр излучения, что получили резонансное усиление всех линий излучения на возбуждённых атомах в газе. Или попали точно в чужой уголковый отражатель астрономических размеров, кем-то потерянный в космосе из-за ненужности миллионы лет назад.
Маловероятно, но вдруг.
3.K.
А как Вам такие методы передачи информации от удалённого абонента: углом поворота плоскости поляризации фотонов (например пара десятков фиксированных углов)? Или сменой круговой поляризации с левой на правую? Или длину импульсов и пауз между ними сделать аттосекундной (и пусть расплываются до пикосекундного диапазона по пути)? Или в качестве "битов" (точнее конечно символов) использовать комбинации поляризации и энергии (длины волны, частоты, "цвета") каждого фотона, передаваемых с гигагерцевой частотой?
Ни глазом ни фотопластинкой Вы вообще не различите смены состояний канала связи с такими характеристиками. Если не будуте точно представлять что именно надо искать/проверять.

PS. В общем-то я совсем не против придумать свой новый униваерсальный код, дерзайте. Но лучше бы сначала ознакомиться с тем что уже сделано и придумано. И чтобы не повторять уже давно изученное, и чтобы называть вещи общепринятыми именами/терминами. И чтобы лучше сформулировать постановку задачи, а то у ТС так и непонятно например кто же принимает данные - человек (тогда аналог кода Морзе и не париться) или компьютер (тогда удобнее регулярные коды максимальной плотности и протоколы с исправлением наиболее вероятных ошибок). Непонятен и физический принцип передачи, если именно лампочка с нитью (нитями) накаливания, то для неё есть некоторые физические ограничения (например нельзя мгновенно погасить излучение, но можно намного быстрее включить, даже при неостывшей другой нити если их несколько), которыми можно воспользоваться для оптимизации кода. Если же это светодиоды, то для них физические ограничения другие. А для лазера третьи.