Codificador

En telecomunicaciones, un codificador es un dispositivo que transpone o invierte señales o codifica de otro modo un mensaje en el lado del remitente para que el mensaje sea ininteligible para un receptor que no esté equipado con una configuración adecuada. dispositivo de decodificación. Mientras que el cifrado generalmente se refiere a operaciones realizadas en el dominio digital, la codificación generalmente se refiere a operaciones realizadas en el dominio analógico. La codificación se logra mediante la adición de componentes a la señal original o el cambio de algún componente importante de la señal original para dificultar la extracción de la señal original. Los ejemplos de esto último podrían incluir la eliminación o el cambio de pulsos de sincronización vertical u horizontal en las señales de televisión; los televisores no podrán mostrar una imagen de dicha señal. Algunos codificadores modernos son en realidad dispositivos de encriptación, el nombre permanece debido a las similitudes en el uso, a diferencia de la operación interna.

En telecomunicaciones y grabación, un codificador (también conocido como aleatorizador) es un dispositivo que manipula un flujo de datos antes de transmitir. Las manipulaciones se invierten mediante un descodificador en el lado receptor. La codificación se usa ampliamente en satélites, comunicaciones por retransmisión de radio y módems PSTN. Se puede colocar un codificador justo antes de un codificador FEC, o se puede colocar después del FEC, justo antes de la modulación o el código de línea. Un codificador en este contexto no tiene nada que ver con el cifrado, ya que la intención no es hacer que el mensaje sea ininteligible, sino dar a los datos transmitidos propiedades de ingeniería útiles.

Un codificador reemplaza secuencias (denominadas secuencias blanqueadoras) con otras secuencias sin eliminar las secuencias indeseables y, como resultado, cambia la probabilidad de aparición de secuencias molestas. Claramente, no es infalible ya que hay secuencias de entrada que producen todos ceros, todos unos u otras secuencias de salida periódicas no deseadas. Por lo tanto, un codificador no es un buen sustituto de un código de línea que, a través de un paso de codificación, elimina secuencias no deseadas.

Propósitos de la codificación

Un codificador (o aleatorizador) puede ser:

1. Un algoritmo que convierte una cadena de entrada en una cadena de salida aparentemente aleatoria de la misma longitud (por ejemplo, por pseudo-aleatoriamente seleccionando bits para invertir), evitando así largas secuencias de bits del mismo valor; en este contexto, un aleatorizador también se conoce como un scrambler.
2. Una fuente analógica o digital de bits de salida impredecibles (es decir, alta entropía), imparciales y generalmente independientes (es decir, al azar). Un generador aleatorio "verdadero" se puede utilizar para alimentar un generador de números aleatorios pseudo-aleatorios (más práctico) determinista, que extiende el valor de semilla aleatoria.

Hay dos razones principales por las que se utiliza la codificación:

• Para permitir una recuperación precisa de tiempo en el equipo receptor sin recurrir a la codificación de líneas redundantes. Facilita el trabajo de un circuito de recuperación de tiempo (ver también recuperación del reloj), un control automático de ganancia y otros circuitos adaptables del receptor (eliminar secuencias largas consistentes en '0' o '1' solamente).
• Para la dispersión de energía en el transportista, reduciendo la interferencia de señal intercarrera. Elimina la dependencia del espectro de potencia de una señal sobre los datos transmitidos reales, haciéndolo más disperso para cumplir con los requisitos máximos de densidad espectral de potencia (porque si la potencia se concentra en una banda de frecuencia estrecha, puede interferir con canales adyacentes debido a la intermodulación (también conocida como modulación cruzada) causada por no linaridades del tracto receptor).

Los codificadores son componentes esenciales de los estándares del sistema de la capa física, además de la codificación y la modulación intercaladas. Por lo general, se definen en función de los registros de desplazamiento de retroalimentación lineal (LFSR) debido a sus buenas propiedades estadísticas y la facilidad de implementación en el hardware.

Es común que los organismos de estándares de capa física se refieran al cifrado de capa inferior (capa física y capa de enlace) como codificación también. Esto bien puede deberse a que los mecanismos (tradicionales) empleados también se basan en registros de desplazamiento de retroalimentación. Algunos estándares para la televisión digital, como DVB-CA y MPE, se refieren al cifrado en la capa de enlace como codificación.

Tipos de codificadores

Scramblers aditivos (sincrónicos)

Un aditivo scrambler (descrambler) utilizado en DVB

Scramblers aditivos (también conocidos como sincrónicos) transforman el flujo de datos de entrada mediante la aplicación de una secuencia binaria pseudoaleatoria (PRBS) (por adición de módulo dos). A veces, se usa un PRBS precalculado almacenado en la memoria de solo lectura, pero más a menudo se genera mediante un registro de desplazamiento de retroalimentación lineal (LFSR).

Para asegurar una operación síncrona del LFSR de transmisión y recepción (es decir, codificador y descodificador), una palabra de sincronización debe ser usado.

Una palabra de sincronización es un patrón que se coloca en el flujo de datos a través de intervalos iguales (es decir, en cada cuadro). Un receptor busca algunas palabras de sincronización en marcos adyacentes y, por lo tanto, determina el lugar en el que su LFSR debe recargarse con un estado inicial predefinido.

El descodificador aditivo es exactamente el mismo dispositivo que el codificador aditivo.

Aditivo scrambler/descrambler se define por el polinomio de su LFSR (para el scrambler en la imagen anterior, es 1+z− − 14+z− − 15{displaystyle 1+z^{-14}+z^{-15}) y su estado inicial.

Scramblers multiplicativos (autosincronizantes)

Un scrambler multiplicativo utilizado en la recomendación V.34

Un descrambler multiplicativo utilizado en la recomendación V.34

Scramblers multiplicativos (también conocido como alimentado) se llaman así porque realizan un multiplicación de la señal de entrada por la función de transferencia del scrambler en Z-space. Son sistemas lineales de invariancia temporal discretos. Un scrambler multiplicativo es recursivo, y un descrambler multiplicativo no es recursivo. A diferencia de los scramblers aditivos, los scramblers multiplicativos no necesitan la sincronización del marco, es por eso que también se llaman autosincronización. Multiplicativo scrambler/descrambler se define de manera similar por un polinomio (para el scrambler en la imagen es 1+z− − 18+z− − 23{displaystyle 1+z^{-18}+z^{-23}), que también es un función de transferencia del descrambler.

Comparación de codificadores

Los codificadores tienen ciertos inconvenientes:

• Ambos tipos pueden fallar en generar secuencias aleatorias bajo condiciones de entrada peores.
• Los scramblers multiplicativos conducen a la multiplicación de errores durante la descomposición (es decir, un error de un solo bit en la entrada del descrambler resultará en w errores en su salida, donde w iguala el número de los grifos de retroalimentación del scrambler).
• Los scramblers aditivos deben ser reasentados por la sincronización del marco; si esto falla, la propagación masiva del error resultará, ya que un marco completo no puede ser desmontado. (Alternatively if you know what was sent, the scrambler can be synchronized)
• La longitud efectiva de la secuencia aleatoria de un scrambler aditivo está limitada por la longitud del marco, que normalmente es mucho más corta que el período de PRBS. Al agregar números de marco a la sincronización de marco, es posible extender la longitud de la secuencia aleatoria, variar la secuencia aleatoria de acuerdo con el número de marco.

Ruido

Los primeros codificadores de voz se inventaron en Bell Labs en el período inmediatamente anterior a la Segunda Guerra Mundial. Estos conjuntos consistían en componentes electrónicos que podían mezclar dos señales o, alternativamente, "restar" una señal de nuevo. Las dos señales fueron proporcionadas por un teléfono y un tocadiscos. Se produjo un par de registros coincidentes, cada uno de los cuales contenía la misma grabación de ruido. La grabación se reprodujo en el teléfono y la señal mixta se envió por cable. Luego, el ruido se restó en el otro extremo utilizando el registro coincidente, dejando intacta la señal de voz original. Los espías escucharían solo la señal ruidosa, incapaces de entender la voz.

Uno de ellos, utilizado (entre otras funciones) para conversaciones telefónicas entre Winston Churchill y Franklin D. Roosevelt, fue interceptado y descifrado por los alemanes. Al menos un ingeniero alemán había trabajado en Bell Labs antes de la guerra y se le ocurrió una manera de romperlos. Las versiones posteriores eran lo suficientemente diferentes como para que el equipo alemán no pudiera descifrarlas. Las primeras versiones se conocían como "A-3" (de AT&T Corporation). Se utilizó un dispositivo no relacionado llamado SIGSALY para comunicaciones de voz de alto nivel.

El ruido se proporcionó en grandes discos fonográficos de goma laca hechos en pares, enviados según se necesitaban y destruidos después de su uso. Esto funcionó, pero fue enormemente incómodo. Simplemente lograr la sincronización de los dos registros resultó difícil. La electrónica de la posguerra hizo mucho más fácil trabajar con estos sistemas al crear un ruido pseudoaleatorio basado en un tono de entrada corto. En uso, la persona que llama reproduciría un tono en el teléfono y ambas unidades codificadoras escucharían la señal y se sincronizarían con ella. Sin embargo, esto proporcionó una seguridad limitada, ya que cualquier oyente con un conocimiento básico de los circuitos electrónicos a menudo podía producir una máquina con configuraciones lo suficientemente similares para interrumpir las comunicaciones.

Criptográfico

Fue la necesidad de sincronizar los codificadores lo que le sugirió a James H. Ellis la idea del cifrado no secreto, lo que finalmente condujo a la invención del algoritmo de cifrado RSA y el intercambio de claves Diffie-Hellman mucho antes de que ninguno de los dos se reinventara públicamente. por Rivest, Shamir y Adleman, o por Diffie y Hellman.

Los codificadores más recientes no son codificadores en el verdadero sentido de la palabra, sino digitalizadores combinados con máquinas de encriptación. En estos sistemas, la señal original se convierte primero en forma digital y luego los datos digitales se cifran y envían. Utilizando modernos sistemas de clave pública, estos "codificadores" son mucho más seguros que sus homólogos analógicos anteriores. Solo estos tipos de sistemas se consideran lo suficientemente seguros para los datos confidenciales.

La codificación de inversión de voz puede ser tan simple como invertir las bandas de frecuencia alrededor de un punto estático a varios métodos complejos de cambiar el punto de inversión aleatoriamente y en tiempo real y usar múltiples bandas.

Los "codificadores" utilizados en la televisión por cable están diseñados para evitar el robo casual de la señal, no para proporcionar ninguna seguridad real. Las primeras versiones de estos dispositivos simplemente "invertían" un componente importante de la señal de TV, reinvirtiéndola en el extremo del cliente para su visualización. Los dispositivos posteriores fueron solo un poco más complejos, filtrando ese componente por completo y luego agregándolo al examinar otras partes de la señal. En ambos casos, cualquier aficionado razonablemente informado podría construir fácilmente el circuito. (Consulte Cifrado de televisión).

Los kits electrónicos para codificar y decodificar están disponibles a través de proveedores aficionados. Los entusiastas de los escáneres a menudo los usan para escuchar comunicaciones codificadas en carreras de autos y algunas transmisiones de servicio público. También es común en las radios FRS. Esta es una manera fácil de aprender a codificar.

El término "codificación" a veces se usa incorrectamente cuando se trata de interferencia.

Descifrar

Descifrar en el contexto de la televisión por cable es el acto de tomar una señal de video codificada o encriptada que ha sido proporcionada por una compañía de televisión por cable para servicios de televisión premium, procesada por un codificador y luego suministrada a través de un cable coaxial. por cable y se envía al hogar donde un decodificador reprocesa la señal, decodificándola y poniéndola a disposición para su visualización en el televisor. Un decodificador es un dispositivo que restaura la imagen y el sonido de un canal codificado. Se debe usar un decodificador con una caja convertidora de cable para poder descifrar todos los archivos premium & canales pay-per-view de un Sistema de Televisión por Cable.

Enlaces externos y referencias

• [1] Estructura de encuadre DVB, codificación de canales y modulación para los servicios de satélite 11/12 GHz (EN 300 421)
• V.34 Recomendación de la UIT-T
• INTELSAT Earth Station Standard IESS-308
• Este artículo incorpora material de dominio público Federal Standard 1037C. Administración de Servicios Generales.(en apoyo de MIL-STD-188).