Устройство для передачи информации со сжатием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) 01) А б 1) С 08 С 9/00 ОПИСА к управормиродержки,ы счетешиф- ответьсов,импульк ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ ТОРСНОМУ СВИД(56) . Ольховский Ю,Б. Сжатие данных при телсизмерениях, М., "Советское радио", 1971, с. 154,213,2, Авторское свидетельство СССР 9858054,кл.С 08 С 19/00,1979 (прототип (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДА - ЧИ ИНФОРМАЦИИ СО СЖАТИЕМ, содержащее генератор импульсов, первый выход которого соединен с первым входом генератора опорных сигналов, второй ыход - с первым входом блока управления, выходы генератора опорныхсигналов соединены с первыми входами модуляторов, вторые входы которыхобъединены и подключены к входу устройства, выходы модуляторов соединенены с информационными входами интегра торов, выходы которых соединены с ин формационными входами блоков памяти,выходы блоков памяти соединены ссоответствующими первыми выходами устройства и информационнымивходами регистра сдвига, управляющийвход которого соединен с первьк выходом блока управления, второй итретий выходы которого соединенны соответственно с первыми управляющимивходами интеграторов и блоков памяти, четвертый выход блока управления соединен с управляющими входамисумматора и умножителя, информационный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, выход умножителя соединен с вторым выходом устройства выход сумматора соединен спервым входом первого блока сравне. -ния, выход которого соединен с вторым входом блока управления, пятыйвыход которого соединен с вторым входом генератора опорных сигналов,выход первого блока памяти соединенс вторым управляющим входом второгоинтегратора, выход каждого следующего -го блока памйти соединен свторыми управляющими входами 21-1 и2 д-го интегратора, о т л и ч а ю -ш е е с я тем, что, с целью повышения достоверности передаваемой информации, в него введены ключи, накопители, второй блок сравнения, пер-,вый вход которого подключен к выходу сумматора, информационные входыкоторого подключены к выходам соответствующих интеграторов, первые входыпервого и второго ключей объединеныи подключены к входу устройства, выходы первого и второго ключей подключены к первым входам соответствующих накопителей, управляющие входыкоторых объединены и подключены кшестому вьгходу блока управления, выходы накопителей подключены к вторымвходам соответствующих ключей и блоков сравнения, выход второго блокасравнения подключен к третьему входублока управления.,2. Устройство по п.1, о т ч а ю щ е е с я тем, что бло ления содержит дешнфраторы, ф вателк импульсов, элементы за элементы ИЛИ, счетчики, выход чиков через соответствующие д раторы подключены к входам со ствующих формирователей импул выход первого формирователя сов подключен непосредственно1091206 оставитель В ехред Л.Март ерединцевоваорректор А,Тяско Редакт мелште дписно атент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ал аказ 3084/47 Тираж 569 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5109 вому входу элемента И и через первый элемент задержки к первому входу второго счетчика, выход второго форми рователя.импульсов подключен к перЪвому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом второго элемента задержки, выход второго элемента ИЛИ подключен к второму входу элемента И, выход которого подключен к входу третьего формирователя импульсов, к второму входу первого элемента ИЛИ и установочным 120 бвходам счетчика, счетный вход первогс счетчика, первый и второй входы второго элемента ИЛИ подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока управления, выходы третьего формирователя импульсов, второго элемента задержки, первого элемента ИЛИ, второго счетчика, первого элемента задержки и элемента И подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому выходам блока управления, Изобретение относится к системам преобразования сигналов и может быть использовано в телеметрии и системах обработки информации, использующих адаптивные методы сжатия данных, в том числе и при измерении нестацнонарных процессов.Известен адаптивный метод .сжатия с использованием ортогональных разло жжений,заключающийся в том, что на определенном интервале времени контро лируемый сигнал разлагается по базисным ортогональным сигналам и представляется в виде спектрального раз ложения с заданным числом спектральных составляющих, Затем осуществляется восстановление сигнала и оценка точности восстановления на краях раэло- жения. Если ошибка, т.е. разность между исходным и восстановленным сигналом, не превышает допустимого о значения, то интервал разложения увеличивается на один шаг и вся процедура повторяется сначала, а если2. больше допустимого значения, то процедура аппроксимации прекращается к результаты выдаются на выход.Известно также устройство, частично реализующее данный метод и содер 30 жащее ячейку памяти, интегрирующие блоки, блоки умножения, матричную пе 11 есчетную схему, сумматор, вычитающие устройства, блок сравнения, ключевую схему , схему управления и блок буферной памяти, Длина интер- .вача разложения задается априорно 1Недостатком такого устройства является то, что оценка ошибки приближе ния параметра осуществляется на концахинтервала разложения и не контролируется внутри анализируемого интервала,Известно техническое решение,осуществляющее, контроль ошибки аппроксимации внутри анализируемого интервала, содержащее блок определенияошибки, блок времени, блок вычислений, блок хранения результатов и логический блок Г 1 3Однако для анализа значения ошибкинеобходимо запомнить значения измеряемого сигнала на. всем анализируемом интервале, что увеличивает объемпамяти устройства и снижает егобыстродействие,Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для передачи ин".формации со сжатием, позволяющеесократить объем памяти и увеличитьбыстродействие благодаря тому, чтопри увеличении шага вппроксимациипри адаптивном сжатии измеряемыйсигнал не анализируется заново, егозначения на интервале разложения незапоминаются, а пересчет коэффициентов разложения осуществляется покоэффициентам, рассчитанным на предыдущем этапе аппроксимации.Устройство содержит блок управле"ния, генератор импульсов, генераторопорных сигналов, модуляторы, интег-раторы, блоки памяти, регистр сдвига, умножитель, аналоговый сумматор,блок сравнения, причем первый выходгенератора импульсов соединен с первым входом генератора опорных сигналов, второй выход - с первым входом блока управления, выходы генера 1091206тора опорных сигналов соединены с первыми входами модуляторов, вторые входы которых объединены и подключены к 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 10 и информационными входами реглера сдвига, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми .управляющими входами интеграторов и управляющими входами блоков памяти., четвертый выход соединен с вторым входом генератора опорных сигналов, а пятый выход - с управляющими входами аналогового сумматора и умножителя, информационный 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 с входом устройства, выход - с вторым управляющим входом второго интегратора, выход каждого следующего 1-го блока памяти соединен с вторыми управляющими входами (2-1) и 2 д-го интегратора, выходы всех блоков памяти соединены с соответствующими информационными входами аналогового сумматора Г 23Недостатком известного устройства является то, что ошибка приближения оценивается только на конце каждого шага аппроксимации, соответствующего43 полному интервалу разложения, и не анализируется в процессе измерения параметра внутри интервала измерения, Это может привести к тому, что особенно при измерении нестационарных про 45 цессов, что ошибка на конце интервала измерения будет иметь значительную величину, много большую допустимой,Необходимо устройство, которое при таком же быстродействии и минимальном объеме памяти позволяло бы оценивать ошибку аппроксимации в процессе изме- рения параметров, в частности, нестационарного процесса, и завершать цикл измерений сразу же при превышении5 допустимой ошибки, не дожидаясь окон-чания интервала разложения. Это позволит обеспечить точность измерения, близкую к заданной. Цель изобретения - повышение достоверности передаваемой информации,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для передачи инфор" мацин со сжатием, содержащее генератор импульсов, первый выход которого соединен с первым входом генератора опорных сигналов, второй выход - с первым входом блока управления, выходы генератора опорных сигналов соединены 1., первыми входами мопуляторов, вторые входы которых объединены и подключе; ны к входу устройства, выходы модуляторов соединены с информационными входами интеграторов, выходы которых соединены с информационными входами блоков памяти, выходы блоков памяти соединены с соответствующими первыми выходами устройства и информационными входами регистра сдвига, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми управляющими входами интеграторов и блоков памяти, четвертый выход блока управления соединен с управляющими входами сумматора и умножителя, информационный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, выход умножителя соединен с вторым выходом устройства, выход сумматора соединен с первым входом первого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока управления, пятый выход которого соединен с вторым входом генератора опорных сигна лов, выход первого блока памяти соединен с вторым управляющим входом второго интегратора, выход каждого следующего 1-го блока памяти . соединен с вторыми управляющими входами 2 - 1 и 2 1-го интегратора, введены ключи, накопители, второй блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу сумма" тора, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих интеграторов, первые входы первого и второго ключей объединены и подключены к входу устройства, выходы первого и второго ключей подключены к первым входам соответствующих накопителей, управляющие входы которых объединены и подключены к шестому выходу блока управления, вы" ходы накопителей подключены к вторым0912входам соответствующих ключей и блоков сравнения, выход второго блокасравнения подключен к третьему входублока управления.Блок управления содержит дешифраторы, Формирователи импульсов,элементы задеожки, элементы ИЛИ,счетчики, выходы счетчиков через соответствующие дешифраторы подключенык входам соответствующих формирователей импульсов, выход первого формирователя импульсов подключен непосредственно к первому входу элемента Ии через первый элемент задержки к .первому входу второго счетчика, выходвторого Формирователя импульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединенс входом второго элемента задержки,выход второго элемента ИЛИ подключенк второму входу элемента И, выходкоторого подключен к входу третьегоформирователя импульсов, к второмувходу первого элемента ИЛИ и установочным входам счетчика, счетный входпервого счетчика, первый и второйвходы второго элемента ИЛИ подключены соответственно к первому, второмуи третьему входам блока управления,вьводы третьего Формирователя импуль"сов, второго элемента задержки, первого элемента ИЛИ, второго счетчика,первого элемента задержки и элементаИ подключены соответственно к первому,второму, тертьему, четвертому, пятому и шестому выходам блока управления.35В предлагаемом устройстве используется свойство разложения Уолша, позволяющее восстанавливать саппроксимированный сигнал на участке измерео 40ния йс меньшем полного интверваларазложения Т, при этом значения сигнала вне участка измерения де, нопринадлежащем интервалу Т, равны нулю,Это позволяет восстанавливать изме 1 гряемый сигнал иа приемной стороне безискажений,Текущее значение ошибки аппроксима.ции определяется по окончании каждогоэлементарного интервалаг 7и5 Огде и - порядок используемых кодовых словЕсли после очередного измерения ошибка внутри интервала разложения Т превысит допустимое значение, устрой 53 ство прекращает дальнейшее измерение параметра независююо от того, закончился ли интервал; времени Т, а за результаты измерения принимаются рассчианОб Ьные на данный момент коэффициенты разложения. Это позволяет не измерять сигнал до конца интервала аппроксимацииТ, где ошибка может иметь значительнуювеличину, что особенно характерно длянестационарных процессов, а остановиться внутри этого интервала, Послеэтого новый цикл измерений с адаптивным сжатием начинается с момента времени, на котором прекратился предшествующий цикл измерений.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет уменьшить ошибку аппроксимации и максимально приблизить ее кзначению апертуры,На фиг. 1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства; нафиг.2 - эпюры опорных сигналов, вырабатываемых генератором опорных сигна-.лов; на Фиг. 3 вэнюры напряженийна выходах устройства; на фиг. 4 -структурная схема блок управления.Устройство содержит блок 1 управления, генератор 2 импульсов, генератор 3 опорных сигналов, модуляторы 4 - 4 , интеграторы 5 1 - 5блоки 6- бп памяти, сумматор 7,блоки 8 и 9 сравнения, ключи 10 и11, накопители 12 и 13, регистр 14сдвига и умножитель 15.Блоки 8 и 9 сравнения содержатсоответственно вычитатели 16 и 17 ипороговые элементы 18 и 19.Блок 1 управления содержит счетчи-.ки 20 и 21, дешифраторы 22 и 23,формирователи 24"26 импульсов, элементы 27 и 28 задержки, элемент И 29,два элемента ИЛИ 30 и 31.Принцип работы устройства заключается в следующем.Исходный сигнал Д(г) анализирует" .ся в течение интервала разложения Ж.Если ошибка аппроксимации за все время измерения меньше допустимой, заранее заданной, то значение интерваларазложения увеличивается вдвое и становится равным Т 1+2 Т;. Коэффи, циенты разложения на интервале Т 1+пересчитываются с использованием ужерассчитанных коэффициентов при анализеизмеряемого сигнала 3(С) на интервале Т., В процессе измерения контролируется ошибка аппроксимации измеряемого параметра Д(1). Если в какой-либо момент времент на интервале Т +ошибка превысит допустимое значейие,то измерение прекращается, не дожидаясь конца интервала Т 1+, а полученные значения коэффициентов выдаютсяна выход устройства, После этого циклизмерения начинается сначала,Устройство работает следуюшим образом.На блок 1 управления с генератора2 импульсов под," тся равномерная сета частот. Начиная с момента времениблок 1 управления сбрасывает в исОкодное состояние генератор 3 опорныхсигналов, который начинает вырабаты Орать сигналы специальной формы (фиг.2),в модуляторах 4 1 - 4 происходит перемножение измеряемого аналогового иопорных сигналов, после чего промодулированные сигналы подаются на интеграторы 5, - 5 . По истечении началь 1 иного интервала разложения Тб, еслиошибка аппроксимации внутри него непревысила допустимого значения, то вмомент времени С( фиг.З ) блок 1 20управления вьдает сигнал в блоки6 1 - 6 и памяти, при этом значениянапряжений с интеграторов 51 - 5 ипереписываются в блоки памяти, Послеэтого блок 1 управления выдает сигнал 25на интеграторы 51- 5 ,по которому вних записываются значения напряженийс блоков 61- 6 памяти, а старыесигналы стираются. Теперь в этих интеграторах находятся вновь записанные значения. Затем устройство продолжает анализ исходного сигнала(Г), но уже на интервале Т 1 2 ТОсоответствующем отрезку времениествляет обработку сигнала35на второй половине интервала разложения Т , т.е. на отрезке времений 1 - С 2 . По окончании интервалаТ в момент времени 1 2, если ошибкааппроксимации в процессе измеренияне превысила заданную, устройство продолжает обработку дальше, при этоминтервалом разложения становится отрезок Т 2 = 2 Т 1, т,е. от С до йИ тедеОшибка аппроксимации определяетсяпо окончании каждого элементарногоиинтервала -, где и. - порядок,довых слов, Измеряемый сигнал поступает на ключи 1 О и 11, причем ключ 10, пропускает на вход накопителя 12 напряжение, больше опорного снимаемого с его выхода, а ключ 11 пропускает на вход накопителя 13 напряжение, меньше55 опорного, снимаемого с его выхода. Накопители 12 и 13 записывают поданные на них напряжения и хранят их до окончания элементарного пптсрвала после которого в аналоговом сумматоре 7 происходит восстановление и нормировка саппроксимированного сигнала на элементарном интервалес учетом длины интервала Т; . Значения восстановленного сигнала иэ аналогового сумматора 7 вьдаются на первые входы блоков 8 и 9 сравнения, на вторые входы которых подаются напряжения с накопителей 12 и 13, соответствующие максимальному 3и минимальному 3значением измеряемогоЮ осигнала Л(1) на элементарном интервале Г; . Блоки 8 и 9 сравнения определяют разности между максимальным Л ,и саппроксимированнымзначениями сигнала на элементарном интервале ь; , а также между саппрокснмированными минимальным Азначениями сигнала наеэлементарном интервале ; , представляющими максимальные значения ошибки аппроксимации Е для элементарного интервала Т . Если ошибка аппроксимации не превышает допустимой, то блоки В и 9 сравнения вьдают на блок 1 управления разрешающие потенциалы, а устройство переходит к анализу следующего+1 элементарного интервала. Если хотя бы в одном из блоков сравнения ошибка превышает допустимую, то на блок управления вьдается запрещающий потенциал, по которому по окончании элементарного интервала Т блок 1 управления выда,ет импульс записи на блоки 6 1 - 6 п памяти , в которые переписываются значения напряжений с интеграторов 5 1 - 5 п , затем сбрасывает эти интеграторы, а накопитель 12 сбрасывает на нуль и устанавливает в максимальное значение напряжение в накопителе 13 и в исходное состояние генератор Э опорных сигналов. Кроме того, блок 1 управления вьдает управляющий сигнал на регистр 14 сдвига, по которому зна" чения напряжений, соответствующие коэффициентам разложения, из блоков 6. - 6 памяти переписываются в регистр 4 сдвига и последовательно выдаются на умножитель 15. В последнем осуществляется умножение коэффициентов спектрального разложения на1 нормировочный коэффициент К= ,учитывающий пределы интегрирования интеграторов 5 1 - 5, а следовательно, и длину интервала раэложе ния йтПосле этого сигналы выдаются на выходы, а само устройство готово к анализу измеряемого сигнала на следующем интервале атравном начальному значению интервала 5 аппроксимации.При восстановлении сигнала длительность интервала измерения определяется по расстоянию между моментами вы- О дачи пачек значений коэффициентов разложения и длительности интервала разложения.Блоки 8 и 9 сравнения работают следующим. образом. 15Вычитатаели 16 и 17 определяют разность амплитуд сигналов на первых и вторых входах. Пороговые элементы 8 и 9 сравнивают эту разность допусти. мой, то на выходах пороговых элементов устанавливается разрешакнций потенциал, в противном случае - запрещающий.Блок 1 управления ( фиг. 4) работает следующим образом.Счетчик 20 считает импульсы, равномерно наступающие на счетный вход спервого входа блока 1 управления, дешифратор 22 и формирователь 24 имдульсаа преобразуют значения кода ЗО счетчика 20 в неравномерную последовательность импульсов, представляющую пачки по и импульсов с удвоенным периодом следования в каждой последующей пачке Импульсы с выхода фар 35 мирователя 24 через элемент 27 задержки выдаются на пятый выход блока 1 управления, а также на первый вход элемента И 29. Если на второй вход элемента И 29 подается нулевой 4 О потенциал, то ан закрыт и импульс с формирователя 24 импульсов через него не проходит, Счетчик 21 считает импульсы, поступающие на него с линии .27 3 держки. С ега выхода сн ается 45 код числа, соответствующего номерам интервала разложения Т; и анализируемого элементарного интервала Г которое выдается на четвертый выход блока 1 управления и на входы дешиф 50 ратора 23. Последний и формирователь 25 импульсов формируют последовательность импульсов, каждый из которых соответствует окончанию интервала разложения Т . С выхода формирователя55 25 имцульсы через элемент ИЛИ 30 подаются на третий выход и далее через элемент 28 задержки на второй выход блока 1 управления,Если на цтарам или третьем входах блока управления установлен положительный потенциал, та элемент И 29 открыт и импульс с формирователя 24 проходит на ега выход, сбрасывает счетчики 20 и 21 и запускает формирователь 26 импульсов (ждущий мультивибратар) , который выдает пачку импульсов на первый выход блока управления.П р и м е р . Пусть задана ошибка аппроксимации(фиг.За) . Исходный сигнал 3 (г) перемнажается в модуляторах 4- 4 и с опорными сигналами (фиг. Зб ), при этом напряжения на выходах соответствующих интеграторов 5 - 5 имеют вид, показанный на фиг.Зв. Анализируется первый шаг аппроМ симации на интервале Та , расположен- ном в промежутке- С . Восттаа 1 новленный на первом гаше аппроксимации сигнал (эпюра на фиг.Зг) в точности повторяет исходный, поэтому ошибка аппроксимации на каждом элементарном интервале ,1-4 Равна нулю. Устройство переходит к анализу следующего интервала аппроксимации т 1 9 располаженнага в промежутке С о При этом на ВТОРОЙ интегратор 5. в момент времени йпереписывается исходное напряжение с первого блока . ,6 памяти, а в третий и четвертый интеграторы 5 и 5 - исходное3напряжение из блока 62 памяти, Послечего сигнал(г.) ( фиг. За ) продолжает обрабатываться на отрезке времени С- й. По окончании элементарного интервала Т устройство выявляет ошибку Я 8, поэтому в момент времени дальнейшая аппроксимация прекращается, а значения коэффициентов разложения нормируются и выдаются на дополнительный выход, За начало следующего интервала аппроксимации принимается точка 8,,Благодаря предлагаемому методу,обработки устройство позволяет повысить достоверность передаваемой .информации относительна ее заданногозначения. Выигрыш по точности определяется видам измеряемого сигнала иега характеристикам, Устройство наиболее эффективно при измерении нестацианарных сигналов, Например,если измеряемый процесс имеет корреляционную функцию := 1 - аФпараметр которой К увеличиваетсяв К раз на интервале аппроксимацииТ , то использование предлагаемо 1091 20 б 12го устройства позволяет в 1 Г снизить среднеквадратическое значение подвижности аппроксимации относительно ее заданного значения.Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства по сравнению с базовым объектом определяется также по средним характеристикам.Ошибка приближения превышает 1 О апертурув момент времени, в среднем равный половине интервала иэмеранна сигнала т,е, Ф, а -р15 Дисперсия ошибки сигнала в моментг времени,й С равна 6 д 3 1 у )Вф1 где Й- дисперсия измеряемого"2сигнала. Прдставив у-с 1 Г 1 р 101 приближенно получаютс-ф-с 71. Величина апертуры Ед обычно выбирается равной 13 от шкалы измеряемого сигнала Ь. Приняв .6 6 р получают Ед 0,06 6 . Дисперсия превышения значения ошибки величины апертуры равна5(1 З . -321,",2 и ойределяет погрешность предлагаемого устройства.Дисперсия ошибки, сигнала в момент времени С еа Т для нестацнонарного сигнала с монотонным иэменейием параметра приблизительно равна Ь . =т;2 о 1. Тогда дисперсия превышения значения ошибки величины апертуры составляет2- 2 Ы с 1-3,6 1 о 62,Отношение дисперсий погрешностей для базового объекта и предлагаемого устройства после некоторых преобразований можно записать в виде22 сйь,6 406ой" 7 -З1 - -3 610ЯОбычно в телеметрических,системах2сь 11 0 01 тогда -=46"ф гТаким образом, точность измерения сигнала относительно заданной апертуры предлагаемым устройством в среднем в 4 р 5 раэ вышее, чем базовым объектом.