1.4.2.2 Коды с фиксированными ограничениями

Другая группа кодов, о которой мы упомянули выше, включает в себя коды с фиксированными ограничениями. О вероятностных ограничениях мы здесь поговорили очень подробно и потому много. С ними всё ясно: полных запретов нет, а вот вероятности для разных символов могут быть разными. Далее поговорим немного о кодах с фиксированными ограничениями.

Фиксированные ограничения называются фиксированными, как раз потому, что вероятностям там места нет, там просто: одно запрещено, другое разрешено.Такой характер ограничений связан с тем, что фиксированные коды – это коды искусственные и «работают» они в технических устройствах, которые делают только то, для чего предназначены, то, есть имеют вполне определённый репертуар состояний и жесткие программы поведения.

В качестве примера кода с фиксированными ограничениями рассмотрим азбуку Морзе.

«Буквами» этой азбуки (алфавита) – символами, из которых, в конце концов, оказываются составленными сообщения, являются:

- точка,

• тире,

• короткий (малый) промежуток между их сочетаниями, образующими настоящую букву, и более,

• длинный промежуток, которым обозначают конец слова в передаваемом азбукой Морзе тексте.

На время нашего с Вами разговора, для большей его убедительности, условно обозначим: точку – символом А, тире – символом В, малый промежуток, разделяющий буквы – символом С и большой промежуток, разделяющий слова – символом D.

Анализируя процесс формирования сообщений источником, который использует азбуку Морзе, можно обнаружить, что (см. рисунок 2), в том случае, когда в составе сообщения только что появился символ А или В (обозначим соответствующее этому моменту состояние источника сообщений символом S₁ ), следующим может быть любой из имеющегося в этом алфавите символов (А, В, С или D)

Малый промежуток

S₂

Точка

Большой промежуток

S₁

Точка

Тире

Тире

Рис.2 Граф состояний источника сообщений,

использующего азбуку Морзе

В том случае, когда в составе сообщения только что появился символ С или D (обозначим соответствующее этому моменту состояние источника сообщений символом S₂), следующим может быть только А или В.

Возможные варианты поведения источника сообщений (способы его переходов из одного состояния в другое) можно представить в виде графа состояний этого источника, который как раз и показан на рисунке.

Здесь состояния источника отображены прямоугольниками, а переходы из одного состояния в другое – стрелками, количество и обозначения которых соответствуют «разрешённым» в данном состоянии символам.

Таким образом, азбука Морзе – код с фиксированными ограничениями, которые обусловлены особенностями самой азбуки (вторичного алфавита). Но это – не всё, что можно сказать о вторичных кодах, вообще, и об азбуке Морзе, в частности.

Поэтому, – продолжим разговор об азбуке Морзе.

Этот вторичный искусственный код имеет не единственную форму представления (реализации) его алфавита. Точки и тире – это только при написании. Существует ещё акустическая форма его представления. Опытные телеграфисты в былые времена воспринимали составленные азбукой Морзе сообщения «на слух», воспринимали, как мелодии, и, автоматически, не задумываясь, какие символы по отдельности они слышат, воспринимали сразу текст.

Между акустической и письменной формами представления азбуки Морзе неизбежно представление её символов в форме электрических импульсов в телеграфном аппарате. Здесь «точка» отображается коротким (длительностью τ₀) электрическим импульсом (в нашем тексте обозначим это «+–», где «–» такой же по длительности пустой промежуток времени, обозначающий, что за ним будет другой символ этой азбуки, далее: «тире» – «+++– » , «малый промежуток» – «– – –» и «большой промежуток» - «– – – – – – »).

Из сказанного видно, что форме такого технического кода на алфавит азбуки Морзе накладываются новые ограничения.

Во–первых, для реализации разных символов требуется разное время:

2τ₀, 4τ₀, 3τ₀ и 6τ₀ .

Во-вторых, В самом начале τ₀ выбиралось в расчёте на приём сообщений «на слух» (ограничения со стороны физиологии человека).

Заканчивая разговор об азбуке Морзе, подчеркнём, что с точки зрения статистической теории связи, различные формы представления (существования) азбуки Морзе – это коды с разными фиксированными ограничениями, разные коды.

Заканчивая параграф в целом, отметим, что в статистической теории связи коды с вероятностными ограничениями часто называют «языками», а название «коды» сохраняют для обозначения технических кодов - кодов с фиксированными ограничениями. Строго же говоря, и те, и другие – вторичные коды. Более того, естественный язык остаётся кодом с вероятностными ограничениями (языком в уточнённом выше смысле этого слова) только на уровне азбуки этого языка, ибо структура языка в целом определяется еще и «расширенными» алфавитами: двух-, трёх- и более- буквенными сочетаниями со свойственными данному языку вероятностями их появления в текстах. А на уровнях таких сочетаний начинают сказываться ещё и фиксированные ограничения: запреты для тех и таких сочетаний, которые не являются осмысленными словами в этом языке.

Такие фиксированные ограничения «работают» в языках на уровне слов и довольно длинных словосочетаний, составляя суть разнообразных языковых правил (о словообразовании, о порядке слов в предложениях, о пунктуации, и т. д. и т.п. вплоть до стилистики).

И, наконец, главное. При формировании сообщений только естественный первичный код несёт полую информацию об источнике. Именно, этот код и есть содержание информации, как описание его естественных состояний и ограничений, как описание состояний и их естественных последовательностей (описание типичного поведения) источника информации. Эта информация выявляется и «полностью расшифровывается», только в полном наборе сообщений, которые можно получить от данного источника информации, вообще.

Этот тезис подтверждает правомерность сделанного нами выше утверждения о том, что естественный первичный код – это только удобная в статистической теории связи знаковая система, удобный способ формализованного представления источника информации.

А теперь – столь же важный тезис о вторичных кодах.

При формировании сообщений источник этих сообщений впервые производит замену естественного первичного кода, переписывая информацию своим первичным кодом – первым из всех вторичных кодов, которыми это сообщение впредь может быть представлено, и которые могут быть естественными и искусственными. Это первое в истории появляющегося таким способом сообщения кодирование называется кодированием источника информации. Такое название ещё раз подчёркивает правильность нашего мнения об отсутствии естественных первичных кодов в форме объёктивной реальности. Поэтому не существует сообщений, представленных в естественном первичном коде. Сообщение впервые появляется, как результат кодирования источника и записывается в первичном коде источника сообщений. Позже, как мы уже говорили, этот код по разным причинам может быть заменён.

Смена кода – не перевод с одного языка на другой (как раз потому, что языки – это только естественные коды – коды с вероятностными ограничениями). Такая процедура в теории статистической связи называется перекодированием сообщений и, в связи с этой процедурой, важно понять, что вторичные коды – тоже коды с ограничениями, а ограничения потому так и называются, что не всегда позволяют отобразить то, что было «записано» в сообщении предшествующим кодом.

Обобщая оба тезиса, необходимо ещё раз и специально подчеркнуть, что свойственные вторичным алфавитам и (делающие каждый из них специфическим кодом) ограничения только частично определяют структуру сообщения, которая изучается статистической теорией информации. А то, что мы ещё раньше объявили несуществующим: истинно первичные (естественные) коды источников информации определяют его семантику (содержание и смысл), которая тоже «сидит» в сообщении в форме специфических его структурных особенностей. Это значит, что, отказавшись ранее считать репертуар источника информации алфавитом, мы поступили правильно, ибо «расшифровка» естественных первичных кодов – это анализ смыслового содержания сообщений, которым статистическая теория связи не занимается.

Из представленных выше двух тезисов вытекает, что

первый, подвернувшийся под руку, код не обязательно годится для формирования сообщений о поведении определённой материальной системы.

Отсюда – первая из нескольких основных задач статистической теории связи:

задача согласования кодов источника информации и источника сообщений, согласования естественного первичного кода с первым вторичным кодом и взаимное согласование всех последующих вторичных кодов друг с другом.

Цель такого согласование – сохранение упомянутых выше специфических структурных особенностей (статистических параметров) сообщения, особенностей обусловленных только статистикой репертуара источника, ибо только она и определяет семантику сообщений.