Методи і засоби для реалізації зберігання, обробки та вводу графічнокодованої інформації

Якщо = 1444, то у разі пакування шістнадцяткових послідовностей найбільш доцільними є такі значення z та u: 18 7 ( групі з 18 символів ставлять у відповідність 7 кодовекторів (ГК-знаків), при цьому z/u = 2,57); 26 10 (z/u = 2,6); 34 13 (z/u = 2,62).

Режим ЦФР допоміжний щодо ТХР, але забезпечує високу щільність зберігання даних - один кодовектор подає в середньому 3,1 цифрових символів.

Після первинної обробки текстового повідомлення кожному кодовектору ставиться у відповідність ГК-знак. Отриману послідовність ГК_знаків ділять на групи, кожна з яких є рядком ГК-позначки, і розміщують одна над одною. Сформоване в такий спосіб графічнокодоване зображення, обмежене зліва та справа спеціальними ГК-знаками СТАРТ та СТОП, утворює ГК-позначку багатокольорового стекового ГК.

Після зчитування ГК-позначки виконують розпаковування даних (зворотне перетворення), внаслідок чого отримують текстову послідовність.

Розглянутий метод забезпечує ущільнення даних у 1,45 - 2,7 разу і, отже, дозволяє на відповідну величину збільшити ємність ГК_позначок багатокольорових двомірних ГК. Так, якщо чорно-білі стекові ГК забезпечують фізичну щільність зберігання даних 20 - 24 символів/см², то, наприклад, трикольоровий стековий ГК - 40 символів/см². А якщо додатково застосувати розглянутий метод ущільнення даних, то фізична щільність становитиме не менше 58 символів/см². Це означає, що ГК-позначка, наприклад розміром 5 4 см, подаватиме не менше 1160 символів текстового повідомлення (замість 440 - у разі використання відомих чорно-білих стекових ГК). Коефіцієнт зростання порівняно з чорно-білими стековими ГК становить 2,6.

Оскільки ГК-позначка двомірного ГК може містити кілька сотень і навіть понад тисячу ГК-знаків і є при цьому відкритим носієм інформації, що може зазнавати зовнішніх впливів, зокрема й механічних, то для забезпечення завадостійкості ГК-позначок багатокольорових двомірних ГК розроблено систему захисту від можливих ушкоджень, яка на основі коректувального коду Ріда-Соломона забезпечує виправлення багатократних спотворень (помилок і стирань) та дозволяє користувачеві задавати на вибір один з кількох рівнів корекції перед виготовленням ГК-позначки.

КК з мінімальною відстанню d* дозволяє декодувати будь-яку конфігурацію, що містить v помилок та s стирань, за умови, що

d* ? 2 v + 1 + s. (1)



Код Ріда-Соломона має мінімальну відстань

d* = n - k + 1 = r + 1

де n - довжина кодового слова, k - кількість інформаційних символів у кодовому слові, r=n - k - кількість контрольних символів.

Отже, для коду Ріда-Соломона з (1) отримуємо

r ? 2 v + s. (2)

Залежно від якості носія багатокольорового двомірного ГК, середовища застосування, якості друку та інших умов користувач має можливість вибирати один з + 1 рівнів корекції спотворень: 0, 1, 2, ..., . За нульового рівня корекції спотворень ГК-позначка не містить кодовекторів корекції, і всі ГК-знаки - інформаційні.

Вважатимемо, що рівень корекції спотворень забезпечує виправлення будь-якої конфігурації спотворень, яка задовольняє нерівність

(3)

(можливі й інші варіанти задання відношення між та величинами v, s, наприклад , тощо). Тоді з (2), беручи до уваги (3), отримаємо

r=2 ^{+ 1} - 2.

Користувач вибирає рівень корекції залежно від ємності ГК-позначки (більшій кількості ГК-знаків має відповідати вищий рівень корекції) та середовища, у якому здійснюватиметься сканування ГК-позначки. Вищі рівні корекції спотворень можна використовувати, якщо можливе істотне ушкодження ГК-позначки. Нижчі рівні корекції спотворень слід використовувати, якщо заздалегідь відомо, що ймовірність виникнення спотворень незначна.

Інформаційному слову A = (a_{k - 1}, a_{k - 1}, ..., a₁, a₀,), a_i {0, 1, 2,..., N-1}, поставимо у відповідність многочлен

.

Твірний многочлен g(x) коду Ріда - Соломона має вигляд:

,

де примітивний елемент поля GF(N); r кількість кодовекторів корекції спотворень у кодових словах.

Отже, для того щоб закодувати послідовність інформаційних кодовекторів, необхідно:

1) задати рівень корекції спотворень;

2) визначити кількість r=2 ^{+ 1} - 2 контрольних кодовекторів;

3) отримати кодовий многочлен c(x) = a(x)g(x) = c_{n - 1}x^{n - 1} + ... + c₁x + c₀, де n = k + r (при цьому отримуватимемо кодові слова у несистематичній формі);

4) кожному символу (кодовектору) кодового слова c_{n - 1} c_{n - 2} ... c₁ c₀ поставити у відповідність ГК-знак та розмістити ГК-знаки у вигляді прямокутної матриці.

Під час зчитування ГК-позначок багатокольорових двомірних ГК обробка ГК-знаків відбувається послідовно. На момент декодування декодеру відома загальна кількість n ГК-знаків у ГК-позначці, а також кількість r контрольних ГК_знаків.

Якщо зчитаний ГК-знак не вдається ототожнити з жодним із ГК_знаків символіки багатокольорового двомірного ГК, то такий ГК-знак вважається стертим. При цьому локатор стертого ГК-знака відомий, оскільки відомий порядковий номер оброблюваного ГК-знака у ГК-позначці. Невідомою при цьому є значення спотворення.

Для того щоб продовжити декодування стертим ГК-знакам (кодовекторам) будемо присвоювати нульові значення.

Декодування полягає у виправленні всіх спотворень двох видів: стирань, для яких локатори відомі, а значення спотворених символів не відомі, та помилок, для яких не відомі ні локатори, ні значення спотворень.

Декодування провадитимемо в такій послідовності.

1. У зчитаному слові фіксуємо номери i₁, i₂, ..., i_s розрядів, що містять стирання, та кількість s стирань. Перевіряємо відношення s ? r. Якщо s > r, то кількість стирань перевищує коректувальну здатність коду і декодування слід припинити через невиправні спотворення. Якщо s ? r, то знаходимо локатори стирань: . Розрядам, у яких виявлено стирання, присвоюємо нульові значення.

2. Знаючи величини знаходимо многочлен локаторів стирань

.

3. Знаходимо, яку максимальну кількість помилок може виправити декодер після виявлення s стирань:



Реальна кількість помилок має задовольняти умову .

4. Обчислюємо компоненти S₁, S₂,..., S_r синдрому спотворень: S_w = c'(^w), w = 1, 2, ..., r, де

c'_i розряди прийнятого слова. Якщо всі компоненти синдрому дорівнюють нулю, то приймається рішення про те, що в прийнятому слові спотворень немає.

5. Утворюємо синдромний многочлен

.

6. Знаходимо модифікований синдромний многочлен спотворень V(x) зі співвідношення

S(x)(x) V(x)(mod x^{r + 1}), тобто

а V₁, V₂,..., V_r компоненти модифікованого синдрому спотворень.

Запропонований метод корекції можливих спотворень у ГК_позначках можна застосовувати як для стекових, так і для матричних ГК. Він забезпечує високий рівень надійності зберігання інформації.

Його відмітною рисою є те, що виправляються як помилки, так і стирання.

У шостому розділі розглянуто зберігання інформації у вигляді багатокольорових матричних ГК.

Розглянуто структурні особливості побудови багатокольорових матричних ГК: ГК-позначка прямокутної форми містить матрицю різнокольорових квадратних комірок, один або декілька маркерів, розміщуваних у центрі (у випадку одного маркера) або в кутах матриці, які використовуються для позиціювання пристрою зчитування та визначення орієнтації ГК-позначки відносно сканера, а також мірні лінійки, що не є обов'язковими, які складаються з рядка і/або стовпця еталонних комірок періодично повторюваних кольорів і задають розмір (у модулях) ГК-позначки по горизонталі та вертикалі. Мірні лінійки можуть розміщуватися по периметру ГК-позначки або з двох суміжних сторін.

Показано, що в багатокольорових матричних ГК можливі два способи зберігання даних: 1) за допомогою ГК-знаків, коли ГК-знак є матрицею розмірністю a_M b_M (наприклад, 2 2, 3 2, 3 3 тощо); 2) за допомогою комірок (беззнаковий спосіб).

У першому випадку мінімальною інформаційною одиницею є ГК_знак, який подає один або два (якщо застосовується пакування) символи алфавіту, а набір ГК-знаків, що забезпечує подання символів використовуваного алфавіту, утворює символіку багатокольорового матричного ГК.

У другому випадку мінімальною інформаційною одиницею є комірка розміром 1 мод 1 мод , яка подає одну q-кову цифру.

Запропоновано методику побудови символіки багатокольорового матричного ГК потужністю N ГК-знаків. Для цього сформульовано правила розфарбовування ГК-знаків та вибір параметрів a_M, b_M, які за заданого q забезпечують отримання потрібного N.

Показано, що під час розфарбовування ГК-знаків розмірністю a_M b_M слід дотримуватись правила: у кожному рядку ГК-знака принаймні одна комірка має відрізнятися кольором від решти комірок рядка; у кожному стовпці ГК-знака принаймні одна комірка має відрізнятися кольором від решти комірок стовпця. Ця вимога запобігає появі довгих горизонтальних і/або вертикальних однокольорових елементів, а також значної кількості суміжних комірок однакового кольору (з площею більшою, ніж площа маркера) в матриці ГК_позначки, що ускладнює розпізнавання та декодування ГК.

Порівнюючи багатокольорові та чорно-білі матричні ГК зроблено висновок, що при використанні q = 3 кольорів багатокольорові матричні ГК забезпечують інформаційну щільність зберігання даних у 2 - 4 рази вищу, ніж чорно-білі коди, при q = 8 - у 4 - 11 разів.

Зроблено висновок, що завдяки високій інформаційній щільності ГК-позначка може зберігати декілька тисяч алфавітно-цифрових символів і її можна вважати переносною базою даних.

Розглянуто беззнаковий спосіб зберігання даних у вигляді багатокольорового матричного ГК, коли мінімальною інформаційною одиницею є комірка, що подає одну q-кову цифру, а не ГК-знак.

Показано, що в цьому випадку найбільше ущільнення досягається за такого способу цифрового перетворення: номер символу у використовуваному алфавіті А потужністю N_A подаємо в системі числення за основою N_A; кожний символ текстової послідовності замінюємо його N_A-ковим номером і отриману послідовність, яку розглядаємо як єдине число, перетворюємо в систему числення за основою q. Результуючу q-кову послідовність подаємо у вигляді ГК-позначки багатокольорового матричного ГК. Попередньо з метою забезпечення потрібного рівня завадостійкості результуючу цифрову послідовність слід закодувати q-ковим кодом БЧХ, який дозволяє виправляти багатократні помилки в q-кових цифрових послідовностях.

Виконано порівняння методів ущільнення текстових послідовностей, які підлягають зберіганню у вигляді багатокольорових матричних ГК, між собою та з прямим поданням даних.

Методи ущільнення текстових послідовностей (пакування символів, цифрове перетворення) порівняно з прямим поданням даних дозволяють додатково підвищити щільність зберігання інформації в 1,16 - 2 рази.

Перетворення первісних даних з метою ущільнення дозволяє істотно збільшити ємність ГК-позначок багатокольорових матричних ГК, сприяє мініатюризації графічнокодованих зображень, що розширює сферу застосування графічного кодування даних як технології зберігання інформації.

Для забезпечення надійного зберігання інформації у вигляді багатокольорового матричного ГК запропоновано проектувати ГК-позначку з двома рівнями завадостійкості:

1) нижній рівень (внутрішній) - у межах ГК-знака, коли ГК-знаки створюють так, щоб вони мали властивість завадостійкості у разі спотворення однієї (наприклад, зміна кольору або розміру комірки) або двох комірок ГК-знака;

2) верхній рівень (зовнішній) - у межах ГК-позначки, коли у разі спотворень певної кількості ГК-знаків, таких, які не можна усунути в межах нижнього рівня, забезпечувалася б правильність зчитаних даних.

Забезпечити нижній (внутрішній) рівень завадостійкості можна, якщо в межах ГК-знака під час зчитування відбувається корекція однієї (наприклад, за допомогою узагальненого коду Хемінга) або двох помилок (наприклад, за допомогою узагальненого БЧХ з t=2).

Забезпечення завадостійкості на верхньому (зовнішньому) рівні можливе, якщо ГК-знаки розглядати як розряди слова і послідовність ГК_знаків, яка має входити до складу ГК-позначки, кодувати коректувальним кодом, який виправляє як помилки, так і стирання, наприклад, узагальненим БЧХ або Ріда-Соломона з коректувальною здатністю t2.

У разі ушкоджень ГК-позначки багатокольорового матричного ГК можливе виникнення багатократних помилок, кількість яких перевищує коректувальну здатність застосовуваного коректувального коду. У таких ситуаціях для забезпечення належного рівня завадостійкості під час виготовлення ГК-позначок слід розсіювати сусідні ГК_знаки у межах ГК-позначки. Для цього первинну інформаційну послідовність завдовжки Fk символів слід поділити на F k-розрядних слів та кожне з них закодувати многозначним (n, k)-кодом з коректувальною здатністю t. Тоді послідовність складатиметься з F n-розрядних кодових слів.

Інформаційні слова поділимо на блоки так, щоб до складу блока входило по n' cимволів від кожного слова (n'= n/F).

Блок сформуємо у вигляді матриці розмірністю a_б b_б такою, що a_бb_б > Fn'. Крім інформаційних символів c_ij, блок містить службові дані, які періодично повторюються в лівому стовпці: a_б, b_б - розмірність блоку; m - показник степеня, на основі якого обчислюють параметр n - довжину кодових слів

()

- рівень корекції та параметри А, В, які позначають розмірність ГК-позначки.

Блоки в ГК-позначці розмістимо у вигляді прямокутної матриці розмірністю A B.

Після розсіювання символів закодованої послідовності кожному символу ставиться у відповідність ГК-знак та виготовляється ГК-позначка.

Після зчитування ГК-позначки відбувається зворотне перетворення (збирання ГК-знаків), результатом якого є отримання F n-розрядних слів. Далі відбувається декодування кожного слова за правилами многозначного (n, k)-коду з виправленням помилок і стирань та відновлення початкового інформаційного повідомлення.

Запропонований метод розсіювання ГК-знаків істотно підвищує завадостійкість ГК-позначки. Дійсно, у разі ушкодження, наприклад, одного блоку, який містить Fn' символів, у межах одного слова виникає лише n' спотворень. Це означає, що при використанні коректувального коду, здатного виправляти n' спотворень, у межах блока забезпечується виправлення значно більшої кількості спотворень.

Запропонований метод дозволяє створювати ГК-позначки великої ємності (декілька тисяч алфавітно-цифрових символів) та забезпечує високий рівень завадостійкості графічнокодованих даних.

У сьомому розділі розглянуто програмно-апаратні засоби для створення, зчитування та обробки ГК-позначок БГК.

Запропоновано організацію програмних засобів для створення ГК-позначок БГК, які враховують структуру ГК-позначок, геометричні розміри елементів, їх зв'язок з роздільною здатністю екрана монітора, друкувального пристрою та сканера.

Процес створення ГК-знака включає етапи: настроювання алфавітних наборів, введення текстової послідовності, задання рівня корекції, задання геометричного розміру модуля, аналіз та перетворення первинної алфавітно-цифрової послідовності з метою ущільнення (пакування символів або цифрове перетворення), завадостійке кодування та побудову графічного зображення ГК-позначки.

Розглянуто організацію пристроїв зчитування БГК та запропоновано узагальнену структуру триканального сканера для зчитування двомірних БГК, яка забезпечує зчитування ГК-позначок з кількістю кольорів до п'яти, використовуючи бінарний спосіб кодування інформації у кожному каналі, та відзначається технічною простотою і потребує невеликої ємності пам'яті для зберігання відсканованого зображення.

Запропоновано алгоритмічне забезпечення процесу обробки ГК-позначок БГК.

Після сканування носія, на який нанесено ГК-позначку, отримуємо двомірний масив Г, елементами якого є номери кольорів пікселів.

Вважатимемо, що ГК-позначка, наприклад, багатокольорового матричного ГК, має два прямокутні маркери: червоний (R) - у лівому нижньому куті, зелений - у правому нижньому, а також L-подібний маркер (зліва та згори), який містить мірні модулі, що періодично повторюються і використовуються для визначення рядків та стовпців ГК-позначки, а також виконують функцію вертикальної та горизонтальної синхронізації.

Аналізуючи масив Г визначаємо центри мас кожного з прямокутних маркерів та їх координати R(x_R, y_R), G(x_G, y_G), а також контури L-подібного маркера та центри мас мірних модулів.

Якщо частину мірних модулів ушкоджено, то відновлюємо їх центри мас.

З усіх можливих областей, забарвлених червоним та зеленим кольором, вибираються дві з них з найбільшими масами, для яких пряма, проведена через центри їх мас, та ліва сторона L-подібного маркера утворюють прямий кут.

Прямі, проведені через центри горизонтальних та вертикальних мірних модулів та центри проміжків між ними, утворюють координатну сітку, у вузлах якої розміщуються комірки.

Для більшої надійності при прийнятті рішень про колір комірки, яка розташована у вузлі координатної сітки, розглядається не лише один елемент (піксель) масиву, який знаходиться у вузлі, а й елементи (пікселі) масиву, розміщені поблизу нього з чотирьох сторін в межах середньої ширини комірки (модуля), і за мажоритарним принципом визначається, яким слід вважати колір тієї комірки, яку замінюємо відповідним елементом, що позначає колір. Елементи утвореної таким чином матриці будуть позначати кольори комірок ГК-знаків.

Розмірність масиву значно менша за розмірність масиву пікселів Г (у 30 - 40 разів).

Далі з матриці , яка є матрицею комірок ГК-позначки, виділяються ГК-знаки шляхом розбиття матриці на підматриці. Кожній підматриці ставиться у відповідність вектор ГК-знака. Порівнюючи отриманий вектор з векторами ГК-знаків символіки, знаходимо номер ГК-знака в символіці, який є кодовектором.

Якщо вектор виділеного ГК-знака не збігається з жодним із векторів ГК-знаків символіки або під час отримання розрядів вектора ГК-знака виявлено заборонений колір, то такий ГК-знак вважається стертим і йому ставимо у відповідність нульовий кодовектор.

Отриману послідовність кодовекторів корегуємо за правилами використовуваного коректувального коду.

Для відтворення первісної текстової послідовності здійснюється розпаковування скорегованої послідовності кодовекторів.

У восьмому розділі розглянуто організацію та архітектуру спеціалізованих та проблемно-орієнтованих обчислювальних систем для обробки БГК.

Показано, що чільне місце в задачах створення та обробки ГК-позначок БГК посідають операції в полях Галуа.

Виділено оператори та функції в полях Галуа, які використовуються для обробки БГК: обчислення лишку числа за модулем N_, обчислення протилежного елемента поля GF(N), піднесення примітивного елемента поля до степеня, додавання, віднімання, множення та ділення елементів поля, обчислення оберненого елемента поля та значення многочлена в заданій точці.

Запропоновано структури апаратної реалізації виділених операторів та функцій, які використовуються як функціонально-завершені вузли для побудови функціональних блоків (спеціалізованих процесорів), орієнтованих на обробку БГК.

Проаналізувавши клас задач, який має місце при роботі з БГК, а також беручи до уваги специфіку цих задач та умови використання БГК, запропоновано два підходи до створення обчислювальних засобів для обробки БГК у реальному часі - побудову спеціалізованих обчислювальних систем та побудову проблемно-орієнтованих процесорів.

Для побудови спеціалізованої обчислювальної системи слід проаналізовати укрупнену блок-схему алгоритму обробки БГК, виділити типові обчислювальні процедури, кожну з яких реалізувати у вигляді окремого функціонального блока (спеціалізованого процесора). Блоки об'єднано в єдиний комплекс відповідно до алгоритму обробки.

Спеціалізована обчислювальна система порівняно з універсальними обчислювальними засобами підвищує продуктивність обробки інформації, поданої у вигляді БГК, та забезпечує обробку в реальному часі.

Інший підхід полягає в орієнтації центрального процесора (М-процесора, М - мaster) на розв'язування задач з обробки ГК-позначок БГК за рахунок доповнення його співпроцесором-розширювачем, який названо процесором Галуа (G-процесором).

Запропоновано в систему команд універсального М-процесора ввести 16 спеціальних команд, що найчастіше зустрічаються в задачах обробки БГК, які виконуються G-процесором.

Якщо в програмі обробки зустрічається спецкоманда, вона передається у G-процесор.

Це команди пов'язані з обчисленням у скінченних полях, і такі, що потребують багато часу на виконання універсальними засобами: генерування многочлена заданого степеня з коефіцієнтами з GF(N), обчислення компонент синдрома спотворень та синдрома помилок, розв'язування рівняння (х)=0 у полі GF(N), множення та ділення многочленів з коефіцієнтами з поля GF(N) тощо.

Розглянуто взаємодію М- та G-процесорів.

Розроблено архітектуру G-процесора, особливостями якої є: мікропрограмний спосіб реалізації систем команд, невелика розрядність даних (запропоновано 12-розрядну організацію), формат даних - цілі числа без знаку, наявність чотирьох банків внутрішнього ОЗП (ємність банка - 4К 12-розрядних слів) для тимчасового зберігання зчитаного слова С?, коефіцієнтів многочленів та проміжних результатів обчислень.

Структура G-процесора, крім банків ОЗП, містить операційний пристрій, який реалізує виконання спецкоманд М-процесора (кожній спецкоманді відповідає мікропрограма в пам'яті мікрокоманд G-процесора); пристрій мікропрограмного управління, який формує послідовність адрес мікрокоманд та їх вибірку з пам'яті мікрокоманд, та пристрій шинного інтерфейсу.

Розроблено систему команд операційного пристрою та пристрою мікропрограмного управління, розглянуто механізми їх виконання.

Архітектура та мікропрограмний спосіб реалізації системи команд спрямовані на досягнення високої швидкодії.

Показано, що орієнтація універсального процесора з допомогою G-процесора на клас задач з обробки БГК забезпечує високу продуктивність та ефективність обробки ГК-позначок.



ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що полягає в організації надійного зберігання на обмеженій площі носія великих обсягів інформації, поданої у графічнокодованому вигляді, та її обробки в реальному часі з метою автоматичного введення в обчислювальну систему.

Запропоновано узагальнення теорії графічного кодування як технології зберігання, обробки та вводу інформації на випадок многозначного алфавіту (багатокольоровості графічного коду).

У дисертаційній роботі одержано такі основні наукові та практичні результати:

1. На підставі аналізу методів зберігання даних у графічнокодованому вигляді виконано класифікацію ГК як засобу зберігання інформації та запропоновано систему числових показників, що дозволяє оцінювати ГК, порівнювати їх між собою, здійснювати за заданими параметрами користувача вибір найбільш оптимального ГК та провадити пошук нових ГК із покращеними характеристиками інформаційної щільності зберігання даних.

2. Вперше виконаноно теоретичне обґрунтування доцільності зберігання інформації у вигляді багатокольорових ГК - лінійних, стекових, матричних. Запропоновано два підходи до створення БГК як засобу зберігання інформації - побудову структурованих кодів, коли інформація зберігається у вигляді ГК-знаків, кожний з яких подає один символ використовуваного алфавіту, та побудову неструктурованих БГК, коли мінімальною інформаційною одиницею є ГК-елемент, що подає одну q-кову цифру, де q - кількість використовуваних кольорів.

У рамках першого підходу розроблено метод побудови символік БГК заданої потужності, ГК-знаки яких мають за заданих умов мінімально можливу ширину (розмірність), що забезпечує зберігання даних з високою інформаційною щільністю.

У рамках другого підходу запропоновано метод перетворення первісного текстового повідомлення у цифрову послідовність мінімальної довжини з наступним поданням кожної цифри результату у вигляді ГК-елемента відповідного кольору.

3. Досліджено ступінь впливу багатокольоровості на інформаційну щільність зберігання даних у вигляді БГК.

Показано, що в багатокольорових лінійних ГК інформаційна щільність зростає в 1,51 (при q=3) - 4 (при q=8) рази порівняно з чорно-білими графічними кодами, а в багатокольорових матричних ГК при q=3 у 2 - 4 рази, а при q=8 - у 4 - 11 разів.

4. Узагальнено та удосконалено два структурні методи підвищення щільності зберігання алфавітно-цифрової інформації у вигляді БГК - метод поділу використовуваного алфавіту на набори символів та метод поділу символіки БГК на набори ГК-знаків.

Перший метод полягає в тому, що кільком символам алфавіту, які мають однаковий порядковий номер у наборах, відповідає один ГК-знак. Внаслідок зменшення кількості ГК-знаків зменшується їх ширина (розмірність) порівняно з прямим поданням інформації, і, як наслідок, під час подання текстових послідовностей, зростає інформаційна щільність зберігання даних.

Другий метод полягає в тому, що одному символу алфавіту відповідає декілька ГК-знаків - таких, що мають однаковий порядковий номер у наборах ГК-знаків символіки. Під час зберігання у графічнокодованому вигляді текстового повідомлення фіксованої довжини декілька старших символів повідомлення на носій інформації не наносять, вони кодуються неявно, оскільки для подання решти символів повідомлення використовується така комбінація наборів ГК-знаків, що її порядковий номер (індекс) є значенням старших символів, внаслідок чого зростає інформаційна щільність зберігання даних.

5. Розроблено методологію проектування БГК, яка за заданими параметрами дозволяє вибрати такий метод (з кількох можливих) побудови ГК-позначок, який забезпечує зберігання даних у графічнокодованому вигляді з максимально можливою за заданих умов інформаційною щільністю.

6. Узагальнено та удосконалено метод ущільнення алфавітно-цифрової інформації, який ґрунтується на поданні одним ГК-знаком двох і більше алфавітно-цифрових символів, на випадок багатокольоровості ГК та алфавіту довільної потужності, що дозволяє збільшити інформаційну щільність зберігання у вигляді двомірного БГК текстових послідовностей на (45 - 56)%, а цифрових - у 2,1 - 2,7 разу порівняно з прямим поданням даних. Метод забезпечує створення на обмеженій площі носія ГК-позначок великої ємності (понад тисячу алфавітно-цифрових символів).

7. Розроблено методологію надійного зберігання інформації у вигляді двомірних БГК великої ємності, яка ґрунтується на застосуванні коректувального коду Ріда-Соломона, дозволяє регулювання рівня завадостійкості ГК-позначок залежно від прогнозованих умов експлуатації носія інформації та забезпечує виправлення багатократних спотворень двох видів - помилок і стирань. Дає можливість правильно відтворювати інформацію у випадку ушкодження певної частини ГК-позначки.

Наприклад, якщо при створенні ГК-позначки задати інформаційну надлишковість 50%, то інформацію буде відтворено правильно при пошкоджені до 25% площі ГК-позначки.

8. Запропоновано метод побудови символік БГК заданої потужності, ГК-знаки яких мають властивість завадостійкості щодо можливих ушкоджень їх ГК-елементів. Метод ґрунтується на тому, що вектор ГК-знака є кодовим словом коректувального коду, здатного виправляти помилки. Якщо вектори ГК-знаків символіки є кодовими словами узагальненого коду Хемінга, то в межах кожного ГК-знака при зчитуванні виправляється однократне спотворення, якщо вектори ГК-знаків є кодовими словами узагальненого БЧХ з t=2, то - двократні спотворення. Метод забезпечує надійне зберігання інформації у вигляді БГК і сприяє розширенню сфери застосування графічного кодування даних як технології зберігання інформації з метою автоматичного вводу.

9. Запропоновано метод підвищення завадостійкості ГК-позначок БГК, який ґрунтується на спільному застосуванні многозначного коректувального коду, здатного виправляти багатократні спотворення - як помилки, так і стирання - та розсіювання сусідніх ГК-знаків у межах ГК-позначки, що істотно підвищує завадостійкість і, як наслідок, надійність відтворення зчитаної інформації.

10. Розроблено методологію та алгоритмічне забезпечення процесу обробки БГК, яка враховує особливості побудови ГК-позначок, їх орієнтацію відносно сканувального пристрою, використовувану кольорову гаму, специфіку зберігання відсканованої інформації, а також структуру програмних засобів для створення, обробки та декодування ГК-позначок.

У рамках методології розроблено програмну модель, яка дозволяє створювати ГК-позначки матричних БГК з різними геометричними розмірами комірок і рівнями корекції, а також досліджувати процес правильності відтворення даних при повороті ГК-позначки, ушкодженні ГК-знаків. Модель дозволяє перевірити та підтвердити правильність та працездатність запропонованих теоретичних узагальнень і методів побудови та обробки ГК-позначок матричних БГК, які забезпечують надійне зберігання у графічнокодованому вигляді великих обсягів інформації.

11. Показано, що в задачах створення та обробки БГК переважна частина обчислень припадає на операції в полях Галуа. У зв'язку з цим розроблено організацію та апаратну реалізацію обчислень в полях Галуа. Особливістю обчислень в полях Галуа є мала розрядність даних та використання лише одного формату даних - цілих чисел без знаку, що дозволяє будувати для обробки БГК спеціалізовані обчислювальні засоби з малою розрядністю, спрощеною архітектурою і системою команд та за рахунок високої швидкодії забезпечує обробку інформації в реальному часі.

12. Запропоновано для обробки БГК структуру спеціалізованої обчислювальної системи, що складається з функціональних блоків, кожен з яких реалізує певну обчислювальну процедуру, з'єднаних між собою відповідно до алгоритму обробки. Її особливістю є апаратна реалізація переважної більшості обчислювальних процедур на основі операцій в полях Галуа, що завдяки високій швидкодії забезпечує обробку в реальному часі з більш високою продуктивністю порівняно з універсальними обчислювальними засобами.

13. Розроблено структуру проблемно-орієнтованого процесора, яка складається з універсального процесора та спеціалізованого розширювача - співпроцесора Галуа (G-процесора), який реалізує операції у скінченних полях. За рахунок введення до системи команд універсального процесора спеціальних команд, які позначають процедури, що найчастіше зустрічаються в задачах обробки БГК і реалізуються G-процесором, підвищується продуктивність системи і забезпечується обробка в реальному часі. Особливостями архітектури G-процесора є: мала розрядність даних, один формат даних - цілі числа без знаку, спрощена система команд та мікропрограмний спосіб реалізації спецкоманд універсального процесора.

14. Запропоновані методи і засоби для реалізації зберігання, обробки та вводу інформації, поданої у вигляді БГК, дозволяють: здійснювати мініатюризацію ГК-позначок, що розширює сферу застосування ГК як технології зберігання даних; на обмеженій площі носія подавати великі обсяги інформації; порівняно з чорно-білими ГК за незмінності геометричних розмірів істотно збільшувати ємність ГК-позначок; зберігати у вигляді двомірних БГК понад тисячу алфавітно-цифрових символів, що дозволяє розглядати ГК-позначку як переносну базу даних і, як наслідок, дозволяє організовувати автономні обчислювальні системи на основі вводу інформації у графічнокодованому вигляді.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Дичка І.А. Зберігання інформації у вигляді багатокольорових штрихових кодів та їх обробка. - К.: ІВЦ “Видавництво “Політехніка“, 2003. - 340 с.

2. Дичка І. А. Побудова кольорових лінійних штрихових кодів // Наук. вісті НТУУ “КПІ”. - 2002. - № 1 (21). - С. 20-25.

3. Дичка І. А. Побудова високощільних кольорових лінійних штрихових кодів // Наук. вісті НТУУ “КПІ”. - 2002. - № 2 (22). - С. 29-34.

4. Дичка І. А. Порівняння лінійних чорно-білих та кольорових штрихових кодів // Вісн. Житомирського інж.-технол. ін-ту. - Житомир: ЖІТІ, 2002. - Вип. 1 (20). - С. 75-78.

5. Дичка І. А. Побудова неструктурованих лінійних штрихових кодів // Наук. вісті НТУУ “КПІ”. - 2002. - № 3 (23). - С. 32-37.

6. Дичка І. А. Структурні способи підвищення інформаційної щільності лінійних штрихових кодів // Наук. вісті НТУУ “КПІ”. - 2002. - № 4 (24). - С. 13-19.

7. Дичка І. А. Підвищення завадостійкості лінійних штрихових кодів // Вісн. Технол. ун-ту Поділля. - 2002. - Вип. 3, т.2. - С. 78-86.

8. Дичка І. А. Методика вибору та проектування лінійних штрихових кодів // Наук. вісті НТУУ “КПІ”. - 2002. - № 5 (25). - С. 35-40.

9. Дичка І. А. Завадостійкі лінійні штрихові коди з виправленням асиметричних помилок у штрихкодових знаках // Наук. вісті НТУУ “КПІ”. - 2002. - № 6 (26). - С. 41-49.

10. Дичка І. А. Забезпечення завадостійкості багатокольорових двомірних штрихових кодів // Наук. вісті НТУУ “КПІ”. - 2003. - № 1 (27). - С. 38-43.

11. Дичка І. А. Перетворення інформації при її поданні у вигляді багатокольорових матричних штрихових кодів // Наук. вісті НТУУ “КПІ”. - 2003. - № 2 (28). - С. 49-55.

12. Дичка И. А., Али Кадум Абуд. Ввод информации в ЭВМ с помощью штриховых кодов // Вісн. КПІ. Автоматика і електроприладобудування. - 1993. - Вип. 30. - С. 84-91. (Здобувачем запропоновано систему числових показників для оцінки та порівняння лінійних графічних кодів).

13. Дичка И. А., Али Кадум Абуд. Повышение достоверности считывания штриховых кодов за счет использования обобщенного кода Хемминга // Вісн. КПІ. Автоматика і електроприладобудування. - 1993. - Вип. 30. - С. 91-99. (Здобувачем запропоновано метод підвищення надійності зчитування лінійних графічних кодів за рахунок застосування 2^m- кового коду Хемінга).

14. Дичка І. А., Голуб В. В., Каплинський П. М. Обробка двомірних багатокольорових штрихових кодів // Вісн. Технол. ун-ту Поділля. -2003. - Вип. 3, т. 1. - С. 82-89. (Здобувачем запропоновано алгоритмічне забезпечення процесу обробки двомірних багатокольорових графічних кодів великої ємності).

15. Дичка И. А., Колесник Е. Ф., Коляда К. В. Сравнительный анализ надежности ЗУ с использованием различных корректирующих кодов // Вестн. КПИ. Автоматика и электроприборостроение. - 1989. - Вып. 26. - С. 46-50. (Здобувачем запропоновано структуру декодера коректувального коду БЧХ, здатного виправляти 2-кратні та виявляти 3-кратні помилки).

16. Дичка И. А., Коляда К. В., Наконечный А. В. Способ коррекции модульных ошибок в запоминающих устройствах // Вестн. КПИ. Автоматика и электроприборостроение. - 1990. - № 27. - С. 51-54. (Здобувачу належить ідея корекції модульних помилок на основі узагальненого коду Хемінга).

17. Дичка И. А., Сулема Е. С. Анализ способов представления информации в виде штриховых кодов // Вісн. НТУУ “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - 1998. - Вип. 31. - С. 88-94. (Здобувачем запропоновано класифікацію способів подання даних у вигляді штрихових кодів).

18. Дичка И. А., Сулема Е. С. Повышение плотности представления информации в виде штрихового кода // Вісн. НТУУ “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - 1998. - Вип. 31. - С. 95-99. (Здобувачем запропоновано спосіб підвищення щільності лінійних чорно-білих графічних кодів).

19. Дичка И. А., Сулема Е. С. Построение штриховых кодов с повышенной помехоустойчивостью // Радиоэлектроника и информатика. - 1998. - № 1(2). - С. 47-51. (Здобувачеві належить ідея побудови символік лінійних графічних кодів на основі V_m,n-кодів, здатних виправляти асиметричні помилки).

20. Дичка И. А., Сулема Е. С. Защита экономической информации с применением штриховых кодов // Сб. науч. тр. Ин-та кибернетики им. В. М. Глушкова. - К.: Ін-т кібернетики ім. В. М. Глушкова АН України, 1996. - С. 21-27. (Здобувачем запропоновано метод побудови високощільних графічних кодів на основі коду Хаффмена).

21. Дичка И. А., Сулема Е. С. Декодирование эколого-экономической информации, представленной в виде штриховых кодов // Сб. науч. тр. Ин-та кибернетики им. В. М. Глушкова. - К.: Ін-т кібернетики ім. В. М. Глушкова АН України, 1996. - С. 28-37. (Здобувачем запропоновано узагальнений алгоритм обробки лінійних графічних кодів).

22. Дичка І. А., Сулема Є. С. Системи автоматизованого управління товарорухом з використанням штрихового кодування інформації // Моделювання та інформаційні системи в економіці (машинна обробка інформації). - К.: КНЕУ, 2001. - Вип. 65. - С. 123 - 127. (Здобувачем запропоновано структурну організацію системи).

23. Дичка І. А., Сулема Є. С., Голуб В. І. Застосування штрихового кодування інформації в автоматизованих системах управління // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. - 2002. - Вып. 119. - С. 108-115. (Здобувачеві належить ідея зберігання даних у вигляді високощільних лінійних графічних кодів).

24. Дичка И. А., Сулема Е. С., Голуб В. И. Представление информации с помощью двумерных штриховых кодов // Праці Українського науково-дослідного інституту радіо і телебачення. - Одеса: УНДІРТ, 1998. - № 2 (14). - С. 47-50. (Здобувачем запропоновано метод підвищення щільності зберігання інформації у вигляді двомірного графічного коду на основі перетворення текстової послідовності у цифрову форму).

25. Тарасенко В. П., Дичка І. А. Проектування кольорових лінійних штрихових кодів з корекцією помилок у штрихкодових знаках // Вісн. Технол. ун-ту Поділля. - 2002. - Вип. 5, ч.1. - С. 125-131. (Здобувачем запропоновано метод проектування символік з корекцією однократних помилок у графічнокодових знаках).

26. Тарасенко В. П., Дичка І. А. Способи ущільнення даних при їх поданні у вигляді кольорових стекових штрихових кодів // Вісн. Технол. ун-ту Поділля. - 2002. - Вип. 6, ч.1. - С. 256-263. (Здобувачем запропоновано метод ущільнення текстових даних, що зберігаються у вигляді багатокольорових двомірних графічних кодів).

27. Тарасенко В. П., Дичка І. А. Побудова кольорових стекових штрихових кодів // Автоматизація виробничих процесів. - 2002. - № 2 (15). - С. 26-36. (Здобувачем запропоновано метод зберігання інформації у вигляді багатокольорових стекових графічних кодів та алгоритм їх обробки).

28. Тарасенко В. П., Дичка І. А. Зберігання даних у вигляді кольорових матричних штрихових кодів та їх обробка // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. - 2002. - Вып. 121. - С. 9-15. (Здобувачем запропоновано метод побудови символік багатокольорових матричних графічних кодів за заданими параметрами).

29. Тарасенко В. П., Дичка І. А. Корекція помилок у кольорових стекових штрихових кодах // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2002. - № 6. - С. 89-93. (Здобувачем запропоновано метод корекції багатократних помилок у стекових графічних кодах на основі коректувального коду Ріда-Соломона).

30. Тарасенко В. П., Дичка І. А. Побудова кольорових матричних штрихових кодів з корекцією помилок // Радиоэлектроника и информатика. - 2002. - № 4(21). - С. 106-108. (Здобувачем запропоновано метод корекції багатократних помилок у матричних графічних кодах).

31. Тарасенко В. П., Дичка І. А. Структурні способи підвищення надійності зберігання даних у вигляді багатокольорових матричних штрихових кодів // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. - Х., ХНУРЭ, 2003. - Вып. 123. - С. 101-109. (Здобувачем запропоновано дворівневу систему контролю спотворень у багатокольорових матричних графічних кодах).

32. Тарасенко В. П., Дичка І. А. Побудова завадостійких багатокольорових матричних штрихових кодів // Радиоэлектроника и информатика. - 2003. - № 2(23). - С. 89-93. (Здобувачем запропоновано метод побудови символік багатокольорових матричних графічних кодів з корекцією 1- та 2-кратних спотворень у графічнокодових знаках).

33. Тарасенко В. П., Дичка І. А. Виправлення двократних помилок у штрихкодових знаках кольорових лінійних штрихових кодів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - № 4. - С. 187-193. (Здобувачем запропоновано метод побудови графічнокодових знаків з виправленням двократних спотворень).

34. Тарасенко В. П., Дичка І. А., Сулема Є. С. Штрихове кодування інформації: проблеми та перспективи // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. - 2001. - Вып. 118. - С. 73-80. (Здобувачем запропоновано числові показники для оцінки щільності лінійних графічних кодів).

35. Тарасенко В. П., Дичка І. А., Сулема Є. С. Огляд апаратно-програмних засобів створення та декодування штрихових кодів // Вісн. Вінниц. політехн. ін-ту. - 2002. - № 4 (43). - С. 76-82. (Здобувачем запропоновано класифікацію апаратних засобів для створення та обробки графічнокодових позначок).

36. Дичка И. А., Абуд Али К. Применение штриховых кодов в области автоматизации систем управления // 1-а укр. конф. з автоматичного керування “Автоматика-94” (Київ, 1994): Тези доп. - К.: Ін-т кібернетики ім. В. М. Глушкова АН України, 1994. - Ч. І. - С. 231. (Здобувачем запропоновано метод корекції пакетних помилок при зчитуванні та декодуванні графічних кодів).

37. Дичка И. А., Коляда К. В. Применение обобщенного кода Хемминга для обеспечения помехоустойчивости систем передачи данных // Научн.-техн. семинар “Передача и обработка данных в системах управления и сетях ЭВМ” (Киев, 1989): Тези доп. - К., 1989. - С. 32-35. (Здобувачем запропоновано структуру апаратного декодера 2^m-кового коду Хемінга).

38. Дичка І. А., Онишко В. В. Захист інформації на основі штрихового кодування даних // ІІ міжнар. наук.-практ. конф. “Проблеми впровадження інформаційних технологій в економіці та бізнесі” (Ірпінь, 2001): Тези доп. - Ірпінь; 2001. - С. 526-528. (Здобувачу належить ідея використання багатокольорових графічних кодів для захисту інформації).

39. Дичка И. А., Сулема Е. С. Автоматизированная обработка технико-экономической информации, представленной в виде штриховых кодов // 1-а укр. конф. з автоматичного керування “Автоматика-94” (Київ, 1994): Тези доп. - К.: Ін-т кібернетики ім. В. М. Глушкова АН України, 1994. - Ч. 2. - C. 480. (Здобувачу належить ідея графічного кодування техніко-економічної інформації).

40. Дичка І. А., Сулема Є. С. Створення автоматизованої контрольно-пропускної системи із застосуванням штрихового кодування інформації // Наук.-практ. конф. “Наукомісткі технології подвійного призначення” (Київ, 1994): Тези доп. - К., 1994. - С. 32. (Здобувачу належить ідея структурно-алгоритмічної організації системи).

41. Дичка І. А., Сулема Є. С. Автоматизація роботи бібліотек із використанням штрихового кодування інформації // ІІ міжнар. наук.-практ. конф. “Проблеми впровадження інформаційних технологій в економіці та бізнесі” (Ірпінь, 2001): Тези доп. - Ірпінь; 2001. - С. 486-488. (Здобувачем запропоновано технологію автоматичної ідентифікації в бібліотечній системі на основі графічного кодування даних).

42. Тарасенко В. П., Дичка І. А. Автоматизована система збору та обробки інформації на

основі матричних штрихових кодів // 1-й международный радиоэлектронный форум “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития”. МРФ - 2002. - Х., 2002. - Ч. 2. - С. 3-7. (Здобувачу належить ідея структурної організації системи).

43. I. Dychka, Y. Sulema. Methods of Colored Barcodes Creating // Proceedings of the CompSysTech'2000, Sofia, Bulgaria, 22-23 June. - 2000. - P. V. 19-1 - V. 19-4. (Здобувачем запропоновано метод генерування символік багатокольорових графічних кодів).

44. V. Tarasenko, I. Dychka, Y. Sulema. The Colored Barcode for Presentation of Extended ASCII // Proceedings of the International Conference on Computer Systems and Technologies (CompSysTech'2001), Sofia, Bulgaria, 21-22 June 2001. - P. І. 2-1 - І. 2-8. (Здобувачу належить ідея побудови трикольорового графічного коду для подання розширеного ASСII).

45. V. Tarasenko, I. Dychka, Y. Sulema. Means of Transforming, storing and inputting data represented as multicolor matrix barcodes // Proceedings of the VII-th International Conference CADSM 2003 “The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics”, 18-22 February, 2003, Lviv - Slavske, Ukraine. - Lviv, Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2003. - P. 486-489. (Здобувачем запропоновано узагальнену схему створення та обробки графічнокодованих зображень).

Размещено на Allbest.ru

...