Устройство для сжатия информации
Патент 1101872
Авторы
Классы МПК
Устройство для сжатия информации
Иллюстрации
Реферат
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ /НЛОРМАЦИИ, содержащее в каждом из N информационных каналов модулятор, интегратор и блок памяти., выход модулятора соединен с первь М входом интегратора, выход которого соединен с первым входом блока памяти, генератор импульсов, первый, выход которого соединен с первым входом блока управления, первые выходы блока управления и второй выход генератора импульсов соединены соответственно с первыг и и вторым входами генератора опорных сигналов, выходы которого соединены с первыми вхо.ами соответствующих модуляторов инАормационных каналов, вторые входы которых объединены с первым входом блока сравнения и являются входом устройства, выходы блоков памяти ин 1 ормационных каналов.соединены с соответствующими первыми входами сумматора, регистра и являются первыми выходами устройства , выход регистра соединен с первым входом умножителя, выход которого является вторым выходом устройства , выход сум1 /1атора соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока управления, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с вторыми входами интеграторов и блоков памяти ингЬормаиионных каналов, четвертый выход блока управления соединен с вторыми входами сумматора и умножителя, ПЯТЫЙ выход - с вторым входом регистра , выход блока памяти первого информационного канала соединен с третьим входом интегратора второго информационного канала, отличающееся тем, что, с целью повышения инлюрмативности устройства, в него введены Р дополнительных инФормационных каналов, каждый из которых содержит интегратор и блок памяти , выход интегратора соединен с первым входом блока памяти, вторые входы блоков памяти всех дополнительi ных информационных каналов объединены и подключены к третьему выхосо ду блока управления, выходы блоков памяти дополнительных информационных каналов соединены с соответствующими третьими входами су 1матора, регистра и являются третьими выходами устройства, выход блока памяти второго инf),иoннoгo канала соединен с входом умножителя первого дополнительного информационного канала , выходы блоков памяти информационных каналов с порядковыми номерами
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
3(51) 0 08 С ". 9/28
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
<»
5 "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3517311/18-24 (22) 03,12.82 (46) 07.07.84. Бюл, <г 25 (72) Ч,А.Гавриков и H.B.I»!êòoâ (53) 621.398(088.8) (56) 1. Ольховский П.Б., Новоселов О.Н., глановцев А.П. Сжатие данных при телеизмерениях. Под ред, В.В.Чернова. I», "Советское радио", 1971, с. 213, рис. 5.3.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 858054, кл. 0 08 С 19/00, Н 04 В 1/64, 1979 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ
»»Н<г»ОРглАЦИИ, содержащее в каждом из информационных каналов глодулятор, интегратор и блок памяти., выход модулятора соединен с первым входом интегратора, выход которого соединен с первым входом блока памяти, генератор импульсов, первый выход которого соединен с первым входом блока управления„ первые выходы блока управления и второй выход генератора импульсов соединены соответственно с первыми и вторым входами генератора опорных сигналов, выходы которого соединены с первыми вхо ами соответствующих модуляторов информационных каналов, вторые входы которых объединены с первым входом блока сравнения и являются входом устройства, выходы блоков памяти ин»гормационных каналов, соединены с соответствующими первыми входами сумматора, регистра и являются первыми выходами устройства, выход регистра соединен с первым входом углножителя, выход которого является вторым выходом устройства, выход сумматора соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока управления, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с вторыми входами интеграторов и блоков памяти инйор„„SU„„1101 А мационных каналов, четвертый выход блока управления соединен с вторыми входами суглматора и умножителя, :пятый выход — c вторым входом регистра, выход блока памяти первого информационного канала соединен с третьим входом интегратора второго информационного канала, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности устройства, в него введены P дополнительных инhop|;,ационных каналов, каждый из которых содержит интегратор и блок памяти, выход интегратора соединен с первым входом блока памяти, вторые входы блоков памяти всех дополнительных информационных каналов объеди- Я нены и подключены к третьему выходу блока управления, i o o Q) памяти дополнительных информационных каналов соединены с соответству. ющими третьими входами суг»матора, регистра и являются третьими выходами устройства, выход блока памяти второго инл орглационного канала сое; динен с входом умно><ителя первого дополнительного ин<»формационного канала, выходы блоков памяти инфорглационных каналов с порядковыми номерами(2 +2) — (2 +1), к=0,1,2,..., соединены с входами соответствующих умножителей дополнительных информационных каналов с порядковыми номерами (3 - 2 " — (2 К -1 ), к=0, 1, 2,..., выходы блоков памяти дополнительных ин<»»ормационных каналов с порядковыми номерами 2 " — (2 ""-1!, к=0,1,2,..., соединены с входами соответствующих умножителей дополнительных информационных каналов с порядковыми номерами 2"+" — (3 2"-1), к=0,1,2,...
2. Устройство по п.1, о т л ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит счетчик, дешифратор, элемент И, элемент ИTIH, элемент задержки и формирователь импульсов, выходы счетчика соединены через дешию1101872 ратор с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которога через элемент задержки соединен с первыми входами элемента И, выход элемента
И соединен с входом формирователя импульсов и первым входом счетчика, вторые входы счетчика и элемента И
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрических системах для сжатия передаваемой инФормации. известно устройство для сжат:ля 5 информации, содержащее блоки паЕляти,, интеграторы, умножители, генератор, вычитатели, блоки сравнения,-ключи и блок управления 1 1 1.
Недостатком данного устройства 1О является низкая инФармативность, обусловленная тем, чта все Вычисления, связанные с расчетом спектральных составляющих, при увеличении интервала аппроксимации приходится вы- 15 палнять с начала.
Наиболее близким к предт:.агаемому по технической сущности ян".яется устройство для сжатия инАармае.;ии, содержащее инйормационцые каналы, каждь1й из которых состоит из мадулято,)О ра, и нтегратара и блоха памяти, вь1ход модулятора соединен с пернь1м Входам интегратора, выход которо-.а соединен с первым входом блока памяти, генератор импульсов, первь1й Выход которого соединен с перньм Входам блока управления„ первые Выходы блока управления и второй Выход генератора импульсов соединень: саатнетсrВеннО с перВ61ми и ВrОрым Входами генератора опорных сигналов. Выходы которого соединены с первыми ьхадами соответствующих модуляторов информационных каналов, вторые нхаде1 которых объединен-1 с IIåðITûè входом 35 блока сравнения и являются входом устрОйстВар ВВ1хОды блоков памя 1. и информационных каналов соединены с соответствующими первыми входами сумматора, регистра и яьляются пер- л11 ными выходами устройства, выход регистра соединен с первым нхадам уелножителя, выход которогс является вторым выходом устрой тна, выход сумматора соединен с Вторым входогл блока сравнения„ выход которого соединен с вторым входом блока управления второй и третий выходы блока
Е управления соединены с соответствующими вторыми входами инrerparopoa и блоков памяти информационных кана-. ... 50 лов, четвертый нь1ход блока упранлеявляются соответственна первым и вторым входами блока управления, выходы счетчика„ элемента ИЛИ, элемента задержки, формирователя импульсоВ и элемента . t являются соответст вен на первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока упранления.
1 ния соединен с вторыми входами сумматора и умножителя, пятый выход с нторым входом регистра, выход блока памяти первого информационнога канала соединен с третьим входом интегратора второго информационного канала„ выхоц блока памяти каждого следующего информационного канала соединен с третьими входами интеграторов 12: -l) H 21 HIIAopMBIJHoHнь1х каналов (2 3.
Недостатком известного устройства является то, что оно осуществляет разложение анализируемого сигнала только н базисе Функций Уолша.
Чтоб1.1 получить коэФфициенты разложения н базисе Функций Хаара, необходимо дополнительное устройство, а также дополнительные временные затраты для преобразования коэффициентов Уалша н коэффициенты Хаара.
Кроме того, необходимо иметь бьстрадейстнующее адаптивное устройство для сжатия информае;ии, позволяющее получать коэффициенты разложения
Хаара непосредственна без дополнительного преобразования с помощью коэ<Мициентов Уолща. Это позволит сократить числа вычислений, а следовательно, повысит информативность устройства.
Цель о изобретения является повышение инйармативнасти устройства.
Указанная цель достигается тем, чта н устройства,цля сжатия информаЦИЕЛ „СОДЕР><а11ее В КажДОм из Ч инйормацианнь.х каналов модулятор, инте"ратар и блок памяти, выход модулятора соединен с пернь1м BYoäo ë интегратора, выход которого соединен с первым входом блока памяти, генератор импульсов„ первый выход которого соединен с первым входом блока
Управления, герные выходы блока управления и второй выход генератора импульсов соединены соответственно с первыми и вторым входами генера.— тора опорных сигналов, выходы которого соединены с первыели входами соответствующих модуляторов информационных каналов, вторые входы которых объединены с первым входом блока сравнения и являются входом
1101872 устройства, выходы блоков памяти информационных каналов соединены с соответствую ими первыми входами сумматора, регистра и являются первыми выходами устройства, выход регистра соединен с первым входом ум- 5 ножителя, выход которого является вторым выходом устройства, выход сумматора соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока управле- 10 ния, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с вторым в.ходами интеграторов и блоков памяти информационных каналов, четвертый выход блока управления со- 15 единен с вторыми входами сумматора и умножителя, пятый выход — с вторым входом регистра, выход блока памяти первого информационного канала соединен с третьим входом интегратора второго информационного канала, введены Р дбполнительных информационных каналов, в каждом из которых содержится интегратор и блок памяти, выход интегратора соединен с первым входом блока памяти, вторые входы блоков памяти всех дополнительных информационных каналов объединены и подключены к третьему выходу блока управления, выходы блоков памяти дополнительных информационных каналов соединены с соответствующими третьими входами сумматора, регистра и являются третьими выходами устройства, выход блока памяти второго информационного канала соединен с вхо- З5 дом умножения первого дополнительного информационного канала, выходы блоков памяти информационных каналов с порядковы»ли номерами (2"+2) (2 "+1), к=0,1,2,..., соединены с 40 входами соответствующих умножителей дополнительных информационных каналов с порядковыми -номерами (3 2")— (21""-1) к=0,1,2,..., выходы блоков памяти дополнительных инйормацион- 45 ных каналов с порядковыми номерами
2 1 — (2 " -1!, к=О, 1, 2,..., соединены с входами соответствующих умножителей дополнительных информационных каналов с порядковыми номерами
2 " " — (3 2"-1 ), к=0,1, 2
Кроме того, блок управления со-. держит счетчик, дешифратор, элемент
И, элемент ИЛИ, элемент задержки и формирователь импульсов, выходы счет-55 чика соединены через дешифратор с соответствующими входами элемента
ИЛИ, выход которого через элемент задержки соединен с первыми входами элемента И, выход элемента И соединен с входом формирователя импульсов и первым входом счетчика, вторые входы счетчика и элемента И являются соответственно первым и вторым входами блока управления ° выходы счетчика, элемента HJIH, элемента за- 65 держки, Формирователя импульсов и элемента И являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым и пяты» выходами блока управления
Положительный эАйект.предлагаемого устройства достигается =-a счет того, что при использовании в качест ве базиса разложения системы Хаара при адаптивном сжатии можно на каждом новом шаге (увеличении длины интервала ) аппроксимации коэффициенты разложения не рассчитывать заново, а использовать при их р счете уже по,лученные на предыдущем интервале, Коэййициенты разложения на интервале времени (0.2 Т) могут быть Bblражены с помощью коэА4ициентов, полученных на интеот,але (О. ). При переходе к очередному шагу адаптивной аппроксимации каждая функция в базисе разложения может рассматриваться как функция с более высоким порядком, а значения коэффициентов, полученные на предыдущем интервале, являются значениями коэффициентов этих функций с более высоким порядком.
Таким образом, остается вычислить значения коэффициентов разложения, соответствующих Аункциям, определяемь м только на второй половине интервала аппроксимации, Эта операция и выполняется в помощью предложенного устройства, а вычисленные значения коэффициентов на интервале (О.Т ) n u следующем шаге адаптивной аппроксимации переписываются в блоки памяти, соответствующие коэффициентам более высоких порядков, и запоминаются в них. Из всего числа представляемых коэффициентов на каждом шаге аппроксимации заново необходимо рассчитывать только половину.
В предлагаемом устройстве осуществляется бустродействующее адаптивное сжатие анализируемого сигнала и представление его непосредственно в базисе Хаара без промежуточных преобразований, Это позволяет сократить число вычислений, а следовательно, и время обработки.
На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — то же, блок управления; на фиг,3 — эпюры сигналов, вырабатываемых генератором опорных сигналов; на фиг.4 — пример эпюр напряжений на выходах устройства.
Устройство содержит (фиг.1) блок
1 управления, генератор 2 импульсов, информационные каналы 3, модуляторы
4, интеграторы 5, блоки б памяти, регистр 7 сдвига, умножитель 8, аналоговый сумматор 9, блок 10 сравнения, умножитель 11, генератор 12 опорных сигналов. Блок управления (фиг.2) содержит счетчик 13 импульсов, дешифратор 14, элемент ИЛИ 15, 1101872 элемент 16 задержки, элемент И 17, формирователь 18 импульсов (ждущий мультивибратор), Устройство работает следующим образом.
Начиная с момента времени 1ц,генератор 12 опорных сигналов вырабатывает сигналы специальной формы, в модуляторах 4 происходит перемножение аналогового сигнала и опорных сигналов, Промодулированные сигналы подаются на интеграторы 5. По истечении начального интервала разложения Т>, соответствующего первому приближению в момент времени блок 1 управления выдает команду в блоки 6 памяти, по которой значения напряжения с интегратора 5 переписываются в блоки 6.памяти. В аналоговом сумматоре 9 по команде из блока
1 управления происходит восстановление и нормировка аппроксимированного сигнала на конце интервала разложения Т в момент времени 4 с учео > том длины интервала разложения. Значения восстановленного сигнала из аналогового сумматора 9 выдаются в блок 10 сравнения, где происходит сравнение измеряемого и восстановленного сигналов.
Если ошибка между измеряемым сигналом и его восстановлснным значением в момент 4 не превь>шает заранее заданную„ то на блок 1 управления из блока 10 сравнения выдается сигнал, по ко голому он подает команду на второй интегратор 5 и IIG те блоки 6 памяти, входы которых подключены к умножителям 11, По этой команде во второй интегратор 5 записывается значение сигнала из первого блока 6 памяти, а сигналы с выходов остальных блоков 6 памяти г-оступают в умно>кители 11, где их амплитуды умножаются на постоянный коэФфициент к=К2, и затем записываются в соответствующие блоки 6 памяти, с которь>ми соединены умножители 11, Старые сигналы в интеграторах 5 при этом стираются, 5
iQ
После этого устройство продолжает анализ исходного сигнала, но уже на интервале "„=2T,, соответствующем отрезку временй 4 †> и осущеСтвляет обработку сигнала на второй половине интервала разложения Т,, т.е. на отрезке времени ):, — 1 . По окончании интервала Т,, >з момент времени Ф, если ошибка аппроксима.— ции не превышает заданную, устройство продолжает обработку дальше, при этом интервалом разложения будет отрезок, равный Т =-?Т,. т.е. и т.д, Если при длительности интервала разложения, равной T)(t, -- „.„), ошибка аппроксимации пренысйт допусти20
30 5
40 1 к
6О
65 мую, то блок 10 сравнения выдает сигнал, по которому блок 1 управления переписывает значения коэфФициентов разложения и3 интеграторов 5 в блоки 6 памяти и выдает команду на регистр 7 сдвига, по которой значения коэффициентов из блоков 6 памяти переписываются в регистр 7 сдвига и последовательно выдаются в умножитель 8, B умножителе 8 осуществляется умно>кение коэффициентов на нормировочный коэФФициент 8;=1/Г.
I учитывающий пределы интегрирования интеграторов 5, а следовательно, и длину интервала разложения Т
Значение нормировочного коэ >фициента 6; BEI aåòñÿ из блока 1 управления и зависит от длины интервала разложения, После этого сигналы вы)даются на выходы устройства. Блок 1 управления обнуляет интеграторы 5, блоки б памяти, а также вь>дает команду на генератор 12 опорных сигналов, который вь>рабатывает новую последовательность опорных сигналов (фиг,36), и устройство готово к анализу измеряемого сигнала на следующем интервале ):;,.1-1;„ равном начальному значению интервала аппроксимации Т..
При восстановлении сигнала длительность интервала разло>кения определяется как расстояние между моментами выдачи пачек значений коэФфициентов разложения.
Блок 1 управления работает следующим образом.
Па счетчик 13 (Фиг.9) равномерно
IIocTyIIaII>T zi IIIyxrx cII c Bxopa блока 1 управления. С выхода счетчика 13 снимается код числа, обозначающего длительность интервала аппроксимации, который подается на выходы блока 1 управления и дешифратор 14. С выхода деши(>pclTQpB 1 4 импульсы, c00TBQTствующие удвоенному периоду предыдущего интервала, через элемент ИЛИ
15 подаются -".a выход блока 1 управления и элемент 16 задержки, после которой импульсь подаются на выход блока 1 управления и элемент И 17, При превышснии ошибки между измерясмым и восстанавливаемым сIIГналами больше допустимой на второй вход элемента И 17 подается положительный потенциал„ импульс с первого входа проходит на выход элемента И 17 и поступает на выход блока 1 управления, обнуляет счетчик 13 и запускает ждущий мультивибратор 18, который BEI дает —,>ачку импульсов, постъ.па>оших на выход блока 1 упоавления.
Пример, Задана допустимая о.цибка аппроксимации, Исходный си,— нал (Фиг.4a) перемножается в модуляторах 4 с опорными сигналами(фиг. 4
4 6), при этом напряжения на входах
1101872 блоков 6 памяти имеют вид, показайный на Фиг. 4в . Опорный сигнал в блоке опорных сигналов не Формируется, поскольку он не используется для вычисления коэААициентов разложения, Напряжение на входе третьего блока 6 памяти снимается с выхода первого умножителя 11 и имеет вид. показанный на фиг.48 . Анализируется первый шаг аппроксимации на интервале -Тц, расположенном в промежут- ке 1 -1„. Восстановленный на .первом шаге аппроксимации сигнал в точности повторяет исходный, поэтому ошибка аппроксимации равна нулю. Устройство переходит к анализу следующего 15 интервала аппроксимации Т„, расположенного в промежутке 1 - 1 . При этом в момент времени, во второй
11 интегратор переписывается исходное напряжение с первого блока 6 памяти, 2П а в третий блок 6 памяти переписывается значение напряжения из второго блока 6 памяти, умноженное на коэффициент x=72 в первом умножителе 11. После чего исходный сигнал (йиг, 4 4) продолжает обрабатываться на отрезке времени 1„- и т.д.
Восстановленный сигнал на каждом шаге аппроксимации показан на фиг.4z.
В блоке 10 сравнения контролируется ошибка аппроксимации и сравнивается с допустимой. На третьем шаге аппроксимации в момент времени t ошибка аппроксимации превышает допустимую, поэтому дольнейшее увеличение интервала аппроксимации прекращается, а значения коэффициентов разложения нормируются и выдаются на дополнительный выход. 3а начало следующего интервала аппроксимации принимается точка 1
Предлагаемое устройство позволяет получать коэййициенты Хаара непосредственно с использованием адаптивного сжатия сигнала без промежуточного расчета коэффициентов уолша. При этом число вычислений .сокращается на где — число рассматриваемых
5 коэффициентов. Так, например,при
<=16 применение предлагаемого устройства позволяет уменьшить число операций сложения и вычитания на 10, Если операция сложения занимает по времени 0,3 Мкс, то время преобра- зования сокращается на 300 с.
1103872
1101872
1
О
-1
-2
Фиг..7
1101872
Составитель М.Никуленков
Техред Т. Дубинчак
Корректор С, (1е к кар
Редактор Л,Гратилло
Подписное
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4
Заказ 4772/35 Тираж 569
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
1.13035, Москва. Ж-35, Рау аская наб., д. 4/5