Устройство для передачи информации со сжатием
Иллюстрации
Реферат
(72) Автор изобретения
Л. А. Гавриков (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ СО СЖАТИЕМ
Изобретение относится к системам преобразования сигналов и может быть использовано в телеметрии и в системах обработки информации, использующих адаптивные методы сжатия данных.
В науке и технике широкое развитие получили адаптивные методы сжатия данных, представляемых выборками непосредственно измеряемого сигнала.
Однако иэ-за ряда недостатков таких систем, например избыточности данных, сильных влияний помех на измерение и по ряду других причин, в некоторых случаях измеряемый сигнал необходимо представлять в виде коэффициентов разложения по ортогональнъи базисным сигналам. Наиболее интенсивно в последнее время стали развиваться системы, использующие для обработки- сигналы в базисах кусочно-постоянных функций, в частности, сигналы в базисах Уолша. Это объясняется возможностью применения дискретной техники при построении таких систем.
Известен адаптивный метод сжатия с использованием ортогональных разложений, заключающийся в том, что на определенном интервале времени контролируемый сигнал разлагается по базисным ортогональным сигналам и представляется в виде спектрального разложения с заданным числом спектральных составляющих. Затем осуществляется восстановление сигнала и оценка точности восстановления на краях интервала разложения. В случае, если ошибка, т.е. разность между исходньм и восстановленным сигналом не превышает допустимое значение интервал разложения увеличивается на один шаг, и вся процедура повторяется сначала. Если ошибка больше до пустимого значения, то процедура аппроксимации прекращается и результаты выдаются на выход (11.
Известно также устройство, частично реализующее данный метод и содержащее ячейку памяти, интегрируюпще
8054
Наиболее близким к предлагаемому является устройство анализатора Уолша, содержащее генератор импульсов, генератор опорных сигналов, модуляторы,интеграторы,блок управления, регистр ,сдвига, причем вход генератора опорных сигналов соединен с выходом генератора импульсов,первый выход подключен к входу блока управления, выходы генератора опорных сигналов соединены с первыми входами соответствующих модуляторов, вторые входы которых соединены между собой и подключены к входу устройства, выходы модуляторов подключены к первым входам соответствующих интеграторов, вторые входы ко" торых подключены к первому выходу блока управления, выходы интеграторов соединены с первыми входами соответствующих блоков памяти, вторые входы которых подключены ко второму выходу блока управления, выходы соединены с соответствующими информационными входами регистра сдвига, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления T3J.
25
3 85 блоки, блоки умножения, матричную пересчетную схему, сумматор, вычитаю.щие устройства, блок сравнения, ключевую схему, схему управления и блок буферной памяти. В данном устройстве длина интервала разложения задается априорно $2j .
Недостатком такого устройства как и самого метода является то, что все вычисления, связанные с расчетом спектральных составлякщих,нри увеличении интервала аппроксимации прихо-. дитея выполнять с самого начала. Изsa этого временные затраты на обработку измеряемого сигнала велики, кроме того, необходимо запомнить значение сигнала на всем интервале аппроксимации.
Недостатком такого устройства является то, что разложение анализируемого сигнала осуществляется строго на фиксированном интервале времени, при изменении интервала аппроксимации анализ измеряемого сигнала необходимо начинать с самого начала, что снижает быстродействие устройства.
Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.
Эта цель достигается тем, что в устройство для передачи информации со сжатием, содержащее генератор нмпульсов, первый выход которого соединен со входом генератора опорных сигналов, второй выход — с первым входом блока управления, выходы генератора опорных сигналов соединены с первыми входами модуляторов, вторые входы которых объединены и подключены ко входу устройства, выходы модуляторов соединены с информационными входами интеграторов, выходы которых соединены с информационными входами блоков памяти, выходы блоков памяти соединены с соответствующими выходами устройства и информационными входами регистра сдвига, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединейы соответственно с первыми управляющими входами интеграторов н управляющими входами блоков памяти, введены аналоговый сумматор, умножитель и блок сравнения, выход которого соединен со вторым входом блока управления, четвертын выход которого соединен с управляющими входами аналогового сумматора и умножителя, информационный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, выход — с дополнительным выходом устройства, выход анало— гового сумматора соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен со входом устройства, выход — со вторым входом блока управления, пятый выход которого соединен со вторым входом генератора опорных сигналов, выход первого блока памяти соединен со вторым управляющим входом второго интегратора, выход каждого следующего i-го блока памяти соединен со вторыми управляющими входами (21- 1) и 21-го интегратора, выходы всех блоков памяти соединены с соответствующими информационными входами аналогового сумматора.
В предлагаемом устройстве осуществляется разложение анализируемого сигнала н ортогональном базисе Уол50 ша, адаптивное к сигналу по интерва-, лу разложения, при этом с увеличением интервала разложения пересчет коэффициентов разложения осуществляет55 ся из коэффициентов, рассчитанных на предыдущем этапе аппроксимации. Это позволяет сократить число вычислений, а следовательно и время обработки, обрабатывать сигнал в темпе по5 85805 ступления и отказаться от необходимости запоминать, значения всего сигнала на интервале разложения.
На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства на фиг. 2— эпюры опорных сигналов, вырабатываемых генератором опорных сигналов; на фиг. 3 - пример эпюр напряжений на выходах устройства.
Устройство содержит (фиг. 1) блок 1 управления, генератор 2 импульсов, генератор 3 опорных сигналов, модуляторы 4.,-4я, интеграторы 5„-5», блоки 6„-6> памяти, регистр 7 сдвига, умножитель 8, аналоговый сумматор 9, блок 10 сравнения.
Принцип работы устройства заключается в следующем.
Исходный сигнал a(t) анализируется на интервале разложения Т- . В слу- 2О чае, если ошибка аппроксимации меньше допустимой заранее заданной, значение интервала разложения увеличивается вдвое и становится равным 2Т„..
Коэффициенты разложения на интерва- 2s ле 2Т пересчитываются с использованием уже рассчитанных коэффициентов при анализе измеряемого сигнала Х(й) на интервале Т„, после этого снова оценивается ошибка аппроксимации. Ес- 30 ли ошибка больше допустимой, то результаты выдаются на выход устройства и обрабатывается следующий временной интервал если ошибка аппроксимации меньше, то аппроксимация продолжается дальше.
Устройство работает следующим о6разом.
Начиная с момента времени to гене- о .ратор 3 опорных сигналов вырабатывает сигналы специальной формы, в модуляторах 4 -4я происходит перемноже1 ние измеряемого аналогового сигнала
l(t) ш опорных сигналов, после чего промодулированные сигналы подаются на интеграторы 5 -5я. По истечении начального интервала разложения Т>, соответствующего первому приближению в момент времени t„, блок 1 управления выдает комаиду в блоки 6„-6, по которой значение напряжения с интеграторов 5 -5 переписывается в блоки 6„-6, после чего в аналоговом сумматоре 9 по колонне из блока 1 происходит восстановление и нормировка свппроксимированного сигнала на конце интервала разложения То в момент времени С, с учетом длины ин
4 6 тервала разложения ТО . Значения восстановленного сигнала из аналогового сумматора 9 выдаются в блок 10, где происходит сравнение измеряемого (й) и восстановленного 1 (й) сигналов.
Если ошибка между сигналом Д{й) и его восстановленным значением p (t) в момент t„ H e b e Hee saданную, то на блок 1 управления иэ блока 10 выдается сигнал, по которому он выдает команду на интеграторы 5„-5 . По этой команде в интеграторы 5„-5> записываются значения сигналов с блоков 61-бм памяти, а старые сигналы в интеграторах 5„-5 стираются, теперь в этих интеграторах исходными будут вновь записанные значения.
После этого устройство продолжает анализ исходного сигнала (), но уже на интервале Т„-2ТО, соответствующем отрезку времени от t до t и осуществляет обработку сигнала на второй половине интервала разложения Т„, т.е. на отрезке времени от t„ до и осуществляет обработку сигнала на второй половине интервала разложения
Т,, т.е. на отрезке времени от t< до
t, после чего по окончании интервала Т„, в момент времени t если ошибка аппроксимации на конце интервала Т не превышает заданную, устройство продолжает обработку дальше, при этом интервалом разложения будет отрезок, равный Т 2Т, т.е..от
tZ до tq и т.д.
Наконец, если при длительности интервала разложения, равной Т„- (от,> до 1 ), ошибка аппроксимации превысит допустимую, то блок 10 вьдает сигнал, по которому блок 1 управления переписывает значения коэффициентов разложения из интеграторов
5 -5,1 в блоки 61-61 памяти и выдает I команду на регистр 7 сдвига, по которой значения коэффициентов напряжения из локов 6 -6 памяти переписываются в регистр 7 сдвига и последовательно выдаются в умножитель 8.
В умножителе 8 осуществляется умножение коэффициентов спектрального pasложения на нормировочный коэффициент К.=. -, учитывающий приделы
1 интегрирования интеграторов 5 -5я, а следовательно, и длину интервала разложения Т„..
7 858054 8
Значение нормировочного коэффициента К1 выдается из блока 1 управления и зависит от длины интервала разложения. После этого, сигналы выдаются на выходы устройства. Блок 1 управления обкуляет интеграторы
5„-5м, а также вьщает команду на генератор 3, который вырабатывает новую последовательность опорных сигналов (см. фиг. 2 б), и устройство щ готово к анализу измеряемого сигнала на следующем интервале от Ф до й. ..равном начальному значению интервала аппроксимации Т .
При восстановлении сигнала длительность интервала разложения определяется как расстояние между моментами выдачи пачек значений коэффициентов разложения.
Пример. Пусть задана ошибка аппроксимации 8*(фиг. 3 а). Исходный сигнал g(t) переиножается в модуляторах 4„-4ы с опорныии сигналами (фиг. 3 б), прн этом напряжения на выходах соответствующих интеграто- 25 ров 5„-5ы имеют вид, показанный на фиг. 3 в. Анализируется первый шаг аппроксимации иа интервале Т, расположенном в промежутке от tg po 1., Восстановленный на первом шаге аппрокао симации сигнал (эпюра фиг, 3 г) в точности повторяет исходный, поэтому ошибка аппроксимации равна нулю. Устройство переходит к анализу следующего интервала аппроксимации Т„, рас-55 положенного в промежутке от to до t .
При этом во второй интегратор 5 в момент времени и переписывается исходное напряжение с первого блока б памяти, а в третий и четвертый ин- 40 теграторы 5 и 54 переписывается исходное напряжение из блока 6 памяти, После чего сигнал 4(t) (фнг. За) про-, должает обрабатываться на отрезке времени от t 4 до tg. По окончании 45
Т,, (точка t<) восстановленный сигнал имеет другую форму (фиг. 3 г) . Видно, что ошибка аппроксимации (фигеЗД) превышает допустимую 6*, поэтому даль нейшее увеличение интервала аппрок- у симации прекращается, а значения ко- эффициентов разложения нориируются и выдаются на дополнительный выход.
За начало следующего интервала аппроксимации принимается точка Q. 55
Формула изобретения
Благодаря предлагаемому методу: обработки анализируемого сигнала устройство позволяет сократить число операций и увеличить быстродействие в два раза. Поскольку обработка анализируемого сигнала ведется в темпе его поступления, то отпадает необходимость в специальном блоке памяти для фиксирования всего анализируемого сигнала на интервале разложения, что упрощает систему н дополнительна сокращает время обработки, так как не надо обращаться к памяти специального запоминающего устройства.
Устройство для передачи информации со сжатием, содержащее 1 еаератор импульсов, первый выход которого соединен со входом генератора опор- ных сигналов, второй выход — с первым входом блока управления, выходы генератора опорных сигналов соединены с первыми входаин модуляторов, вторые входы которых объединены и подключены ко входу устройства, выходы модуляторов соединены с информацноннымн входаии интеграторов, выходы которых соединены с информационными входами блоков памяти, выходы блоков памяти соединены с соответствующими выходами устройства н информационными входами регистра сдвига, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми управляющими входамн интеграторов и управляющими входаии блоков памяти, о т л ич а ю щ е е с я .тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены аналоговый сумматор, уиножитель и блок сравнения, выход которого соединен со вторым входом блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющими входами аналогового сумматора и уиножителя, и@формационный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, .выход,- с дополнительным выходом
,устройства, выход аналогового сумматора соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен со входом устройства, выход— со вторым входом блока управления, пятый выход которого соединен со вто рым входом генератора опорных снгналов,выход первого блока памяти соединен со вторым управлякщим входом вто858054
9 рого интегратора, выход каждого следующего i-ro блока памяти соединен со вторыми управляющими входами (2i-1) и 2i-ro интегратора, выходы всех блоков памяти соединены с соот-, 5 ветствующими информационньачи входами аналогового сумматора.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Ольховский Ю.Б. и др. Сжатие
° Э данных при телеизмерениях, М., Советское радио", 1971, с. 154.
2. Там же, с. 213.
3. Бесветтер "Анализ и синтез . сигналов с помощью функций Уолша.
"Зарубежная радиоэлектроника", 1972, с. 21 (прототип).