Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

4.2 Komprimering af data – “Lossy” eller “Lossless” 29
er naturligvis altid ønskeligt at forskyde grafen længere mod venstre, da dette vil
medføre en lavere bitfejlrate for samme værdi af Eb/N0. Ved at anvende FEC,
Forward Error Correction, fås en ændret sammenhæng mellem Eb/N0 og Pe.
Kurven bliver stejlere, og samme bitfejlrate kan nu opnås vha. en væsentligt lavere
Eb/N0. Ofte anvendes Reed-Solomon-kodning, der er en foldningskode (eng.
“convolutional code”), sammensat (eng. “concatenated”) med Viterbi-dekodning.
Disse FEC-algoritmer kan være uhyre effektive, og man beregner da også et decideret
kodningsgain, som inkluderes i linkbudgetligningen.
En meget anvendt Reed-Solomon-kode er RS(255,223,16), hvilket betyder,
at dataene inddeles i rammer på 255 bytes længde, af hvilke de 223 er databytes
og de resterende 32 er kontrolbytes – denne kode er så i stand til at korrigere
16 fejl pr. ramme. Denne kode giver typisk et kodningsgain (for Pe ≈ 10 −6 ) på
8 dB.
De mest effektive koder kaldes Turbo-koder, og er i stand til at levere et kodningsgain
– udover de 8 dB fra anvendelsen af RS – på 2−2,5 dB. Det er således
ikke urealistisk at kalkulere med et kodningsgain på 10 dB i linkbudgettet, hvis
man har tænkt sig at anvende Turbo-koder.
For en mere detaljeret gennemgang af FEC-koder henvises til [33].
4.2 Komprimering af data – “Lossy” eller “Lossless”
At komprimere en fil vil sige at udføre en eller anden algoritme på filen, som
reducerer dens størrelse, mens den omvendte algoritme vil returnere filen til
sin oprindelige form. Der er to former for kompression: “lossless” (tabsfri), hvor
dataene komprimeres på en sådan måde, at det vil være muligt efter modtagelse
at rekonstruere de oprindelige data fuldstændigt, og “lossy”, hvor man vælger at
acceptere et vist tab af information i dataene.
Mange vil kende tabsfri kompression fra det populære computerprogram
WinZip, hvor filer ofte kan pakkes sammen til at fylde næsten ingenting. Filerne
er dog ubrugelige i det pakkede format, og skal pakkes ud, før de kan bruges.
Efter udpakningen fylder filerne nøjagtigt det samme som før de blev pakket,
og der er ikke gået noget information tabt. Omvendt er det populære musikformat
mp3 baseret på lossy kompression: på en musik-cd kan der ligge ca. 15
musiknumre eller ca. 700 MB data, hvilket svarer til at et stykke musik fylder
ca. 30−40 MB. Ved konverteringen af musik til mp3-format bortkastes 90% af
informationen, og den færdige mp3-fil fylder kun 3−4 MB, næsten uden hørbar
forringelse.
En af de mest populære tabsfri hardware-kompressionsmetoder er Limpel-
Ziv-algoritmen, som leder efter gentagne sekvenser i et datasæt, og erstatter
disse med specielt identificerende information. Kompressionen kan reducere datamængden
væsentligt, men tager tid, og kræver computerkraft.
Stillbilleder og filmsekvenser kodes ofte i et lossy format, da det er muligt at
reducere datamængden væsentligt, tilsyneladende uden tab af kvalitet i billedet.
Til stillbilleder vælges ofte JPEG og til film MPEG. JPEG står for “Joint Photographic
Experts Group” og er en standard for lossy kompression af billeder.
MPEG står for “Moving Picture Experts Group” og er en standard for lossy