Перемежение и скремблирование

Submitted by MuHyc on Fri, 04/06/2012 - 17:39

Одним из эффективных методов уменьшения влияния пакетных ошибок является перемежение или перемешивание (англ. - interleaving). Данные, перед передачей по каналу связи, переставляются в заданном порядке, а в приемной части восстанавливается исходный порядок, т.е. выполняется деперемежение. При этом пакетная ошибка, возникшая в канале связи, превращается в набор рассредоточенных во времени одиночных ошибок, которые проще обнаруживаются и исправляются с помощью кодов, исправляющих ошибки.


Исходный цифровой сигнал представляет собой последовательность 4-разрядных двоичных слов, передаваемых бит за битом. Перемежение выполняется в пределах каждых 4 слов, т.е. в пределах отрезка цифрового сигнала, содержащего 16 бит. Числа показывают номера битов в этом отрезке. В результате пе-ремежения биты переставляются. Биты, искаженные действием пакетной ошибки, отмечены звездочками. В результате деперемежения восстанавливается исходный порядок битов и искаженные биты рассре-дотачиваются.


Переставляться могут не только отдельные биты, но и группы битов, например, байты. В стандартах цифрового телевидения DVB перемежение выполняется в пределах пакетов транспортного потока после кодирования Рида-Соломона, в результате которого размер пакетов увеличивается со 188 до 204 байтов. Каждый пакет разбивается на 12 групп по 17 байтов. Сначала передаются первые байты всех групп, т.е. байты с номерами 1, 18, ... , 171, 188, затем - вторые байты групп: 2, 19, ... , 172, 189 и т.д. В конце передаются последние байты групп, имеющие номера 17, 34, ... , 187, 204. Таким образом, в процессе перемежения различные байты смещаются на расстояния от 0 до 176 позиций в пределах пакета транспортного потока. В приемной части восстанавливается исходный порядок следования байтов.



Рис. Перемежение и деперемежение


Перемежение можно использовать для и шифровки передаваемого сигнала, так как восстановление правильного порядка символов возможно только при знании закона перестановки.


Термином скремблирование в стандарте MPEG-2 называют изменение характеристик потока данных (видео, аудио или другой информации) с целью предотвращения несанкционированного получения этой информации в неискаженном виде. Дескремблирование - это обратная операция, т.е. обратное изменение характеристик потока данных.


В цифровых системах передачи информации, в частности, в цифровом телевидении, для скремблирования к передаваемому цифровому сигналу добавляют мешающий сигнал, в качестве которого, как правило, используют псевдослучайные последовательности (ПСП).


Это последовательности чисел, в частности - битов, которые обладают многими свойствами случайных сигналов. Нули и единицы в ПСП расположены вроде бы хаотически, но на самом деле каждая ПСП формируется в соответствии с алгоритмом, который можно описать небольшим количеством параметров


Следовательно, для дескремблирования в приемнике надо формировать точно такую же ПСП, какая использовалась для скремблирования в передающей части. Для этого в приемник тем или иным способом передаются параметры алгоритма формирования ПСП. Не получив эти параметры, невозможно де-скремблировать принятый сигнал. Возможен и такой вариант ограничения доступа: алгоритм формирования ПСП известен, но неизвестно, какой именно участок ПСП используется для скремблирования. В этом случае в состав ключа к шифру должен входить указатель на начало используемого участка ПСП.


Скремблирование путем сложения по модулю 2 с ПСП применяется в DVB и в случаях, когда ограничение доступа не требуется, т.е. для бесплатных ТВ-программ. Дело в том, что такое скремблирование приближает свойства передаваемого сигнала к свойствам шума. При этом энергия более равномерно распределяется по полосе частот передаваемого сигнала, что способствует более эффективному использованию канала связи и повышению помехоустойчивости. Соответственно, в приемнике всегда должно выполняться дескремб-лирование.