Устройство для сжатия информации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ(56) 1, Авторское свидетельство СССРР 809297, кл. 0 08 С 19/28, 1979,2. Авторское свидетельство СССРР 805387, кл. С 08 С 19/28, 1978;3. Ъвтометрияф, 1974, Р 3, с. 28(прототип),(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ИНФОР. - МАЦИИ, содержащее программно-временной блок, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами соответственно реверсивного счетчика тактов и регистра начальной выборки, первый вычи 1 атель, сумматор, блок задания апертуры, регистр коэффициента нерхнего допуска, регистр коэфициента нижнего допуска, первый блок сравнения и выходной регистр, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения информативности устройства, в него .введены буферный блок памяти, регистр предыдущей вы- борки, регистр последней выборки, второй, третий и четвертый блоки сравнения, второй вычитатель, делители, умножители, элемент И и усред. нитель, выход буферного блока памяти соединен с первым входом регистра последней выборки, ныход, которого соединен с первым входом первого вычитателя и первым входом, регистра предыдущей выборки, Выход которого , соединен с вторым входом регистра начальной выборки, выход регистра начальной выборки соединен с первым входом выходного регистра и вторым входом первого вычитателя, выход которого соединен с первыми входами сумматора и второго вычитателя, вторые входы которых подключены к выходу блока задания апертуры, выход сумматора соединен с первыми нходами 8049 А 3(59 0 08 С 19/28," 0 08 С 15/06 первого делителя, первого и второго блоков сравнения, выход второго вычитателя соединен с первыми входами второго делителя, третьего и четвертого блоков сравнения, выход первого делителя соединен с первьм входом регистра коэффициента верхнего допуска, выход которого соединен.с первым входом первого умножителя, выход. которого соединен с первым входом усреднителя и вторыми входами второго и третьего блоков сравнения, выход второго делителя соединен с первым входом регистра коэффициента нижнего допуска, выход которого соединен с первым входом второго умно- жителя, выход которого соединен сф вторыми входами первого и четнертбго блоков сравнения и усреднителя, выход которого соединен с вторым входом выходного регистра, выходы первого и третьего блоков сравнения соединены соответственно с первым и Я вторым входами элемента И, выход которого соединен с первым входом программно-временного блока, третий выход которого соединен с первым входом буферного блока памяти и вторым входом регистра последней выборки, третий вход которого подключен к четвертому выходу программно-временного блока, пятый и шестой выходы программно-временного блока соединены соответственно с вторым входом регистра предыцущей выборки и третьими входами регистра начальной ныборки и регистра предыдущей выборки ,седьмой и восьмой выходы программно- временного блока соответственно соединены с вторым и третьим входами реверсивного счетчика тактов, выход которого, соединен с вторыми нходами первого и второго делителей, вторыми входами первого и второго умножителей и третьим входом выходного регистра, девятый и десятый выходы программно-временного блока соедине105 б 249 40 ны соответственно с вторыми и третьими входами регистра коэффициента.нижнего допуска и регистра коэффициентаверхнего допуска, одиннадцатыйи двенадцатый выходы программно-временного блока соединены соответственно с третьими входами первого итретьего блоков сравнения и третьимивходами второго и четнертого блоковсравнения, выходы второго и четвер;того блоков сравнения соединены счетвертыми входами соответственно Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и.предназначено для сжатия цифровойтелеметрической информации,Известно устройство для сжатияинформации, содержащее аналого-цифровой Преобразователь, первый нходкоторого подключен к входу устройства, а выход соединен с первымвходом блока выдачи существенныхзначений, выход которого подключенк первому входу блока памяти, блокуправления, выходы которого соединены с вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, блока выдачи существенных значений и блокапамяти, выход блока памяти подключенк выходу устройства, блок вычитания,квадратор, усреднитель, блок сравнения и блок задания погрешности,первый и второй входы блока вычитания подключены соответственно к первому входу и выходу блока выдачисущественных значений, выход блокавычитания соединен через кнадраторс входами усреднителя, выход которого соединен с первым входом блокасравнения, второй вход которого сое"динен с выходом блока задания погрешности, а выход - с входом блокауправления 11,Недостатком данного устройстваявляется невысокий коэффициентсжатия.Известно также устройство длясжатия информации, содержащее ключ,информационный вход которого соединен с источником сигнала, таймер,выходы которого соединены с первымивходами блока управления, регистрсдвига, выходной регистр, регистрыдопустимых минимальных и максимальных значений выборок, регистр апертуры, регистр значений существенныхвыборок; регистр текущих значенийвыборок, триггер, блок сравнения,арифметический блок, регистры приращений лимитирующихлиний, выход 5 10 15 20 25 30 регистра коэффициента верхнего допуска и регистра коэффициента нижнего допуска, тринадцатый выходпрограммно-временного блока соединенс четвертым входом выходного регйстра, выход которого соединен с выходом устройства, вторые входы буфер".:ного блока памяти и программно-временного блока подключены сортветственно к информационно,му и управляющему входам устройства..ключа и выход регистра сдвига объединены и соединены с первыми входамиарифметического блока, блока сравнения,регистра текущих значений выборок ирегистров приращений лимитирующихлиний, выходы регистра текущих значений выборок, регистров приращений лимитирующих линий и регистра сущест"венных значений выборок соединены спервыми входами арифметическогоблока и блока сравнения, выход выход"ного регистра соединен с вторымивходами арифметического блока и первыми входами регистра существенныхзначений выборок, регистра апертурыи регистров допустимых минимальныхи максимальных значений выборок,выходы регистра апертуры и регистровдопустимых минимальных и максимальных значений выборок соединены свторыми входами арифметического блока и блока сравнения выход арифметического блока соединен с первымивходами регистра сдвига и выходногорегистра, выход блока сравнениясоединен с первым входом триггера,выход которого соединен с вторымвходом блока управления, выходы кото".рого соединены с соответствующимивходами ключа триггера, регистрасдвига, выходного регистра, регистра допустимых минимальных и максимальных значений выборок, регистра существенных значений выборок, регистра апертуры и регистров приращенийлимитирующИх лйний 2,Недостатком известного устройстваявляется невысокий коэффициент сжатия, так как алгоритм сжатия основанна аппроксимации стыкующимися отрезками,Наиболее близким по техническойсяаности к изобретению являетсябыстродействующее устройство сжа-тия цифроных данных на основе линейной экстраполяции, содержащее регистрначального отсчета, регистр верхнего допуска, регистр нижнего допуска,60 регистр приращения, сумматор,цифроаналоговые преобразователи верхнего инижнего допусков, цифро-аналоговыйпреобразователь приращений, измерители разности, счетчик числа тактов,блок формирования опорного напряжения и устройство управления, причемвход устройства соединен с входомрегистра йачального отсчета и с входом сумматора, выход сумматора подключен к входам регистра верхнего . 1 Одопуска, регистра нижнего допуска:начального отсчета соединен с входомсумматора, выход регистра верхнегодопуска соединен с входом сумматора 15и входом цифро-аналогового преобразователя верхнего допуска, выходрегистра нижнего допуска соединен свходом сумматора и входом цифро-аналогового преобразователя нижнегодопуска, выход регистра приращенияподключен к выходу цифро-аналоговогопреобразователя приращений,.выходцифро-аналогового преобразователяверхнего допуска соединен с входомизмерителя разности верхнего допуска, 5цифро-аналоговый преобразователь нижнего допуска соединен с входом измерителя разности нижнего допускацифро-аналоговый преобразователь приращений соединен с входами измерите- ЗОлей разности верхнего и нижнего допусков, выход измерителя разностиверхнего допуска соединен с входомсумматора, выход измерителя разностинижнего допуска соединен с входом . 35сумматора, устройство управленияподключено к входам регистра начального отсчета сумматора и счетчикатактов, выход счетчика тактов соединен с входом блока Формирования 4 Оопорного напряжения, выход блокаформирования опорного напряжениясоединен с входами цифро-аналоговыхпреобразователей верхнего и нижнегодопусков, выход сумматора подключенк выходу устройства 3,45Недостатками укаэанного устройстваявляются большая погрешность восстановления сигнала, так как операцииумножения и определения разностипроизводятся в аналоговой форме, и 50невысокий коэффициент сжатия, особенно для процессов, не сохраняющих.постоянный знак второй производной,:так как в устройстве применен алго-:ритм сжатия с аппроксимацией стыкующимися отрезками.Белью изобретения является повышение точности и коэффициента сжатияинформации, т,е. информативностиустройства,Поставленная цель достигаетсятем, что в ус:геройство для сжатияинформации, содержащее программновременный блок, первый и второй выходы которого соединены с первыми65 в ходами соответственно реверсивногосчетчика тактов и регистра начальной выборки, первый вычитатель, сумматор, блок задания апертуры, регистр коэффициента верхнего допуска, регистр коэффициента нижнего допуска, первый блок сравнения и выходной регистр, введены буферный блок памяти, регистр предыдущей выборки, регистр последней выборки, второй, третий и четвертый блоки сравнения, второй вычитатель, делители, умножители, ,элемент И и усреднитель, выход бу; ферного блока памяти соединен с первым входом регистра последней выборки, выход которого соединен с первым входом первого вычитателя и, первым входом регистра предццущей выборкивыход которого соединен с вторым входом регистра начальной выборки, выход регистра начальной выборки соединен с первым входом выходного регистра и вторым входом первого вычитателя, выход которого соединен с первыми входами сумматора и второго вычитателя, вторые входы которых подключены к выходу блока задания апертуры, выход сумматора соединен с первыми входами первого ,делителя, первого и второго блоков сравнения, выход второго вычитателя соединен с первыми входами второго делителя, третьего и четвертого бло,ков сравнения, выход .первого делителя соединен с первым входом регистра коэффициента верхнего допуска, выход которого соединен с первым входом первого умножителя, выход которого соединен с первым входом усреднителя. и вторыми входами второго и третьего блоков сравнения, выход второго делителя соединен с первым входом регистра коэффициента нижнего допуска, выход которого соединен с первым входом второго умножителя, выход которого соединен с вторыми входами первого и четвертого блоков сравнения и усредннтеля, выход которого1соединен с вторым входом выходного регистра, выходы первого и третьего блоков сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, выход которого соединен с первым входом программно-временно-. го блока, третий выход которого соединен с первым входом буферного блока памяти и вторым входом регист" ра последней выборки, третий вход которого подключен к четвертому выходу программно-временного блока, пятый и шестой выходы программно- временного блока соединены соответственно с вторыМ входом регистра предыдущей выборки и третьими входами регистра начальной выборки и регистра предыдущей выборки, седьмой и восьмой выходы программно-временного блока соответственно соединены сгде п - номер такта при условии,что для Р, и =О, т,е.1=и; 8 -апертура, Б - индекс 1 верхний", Н - индекс фнижний" 65 вторым и третьим входами реверсивного счетчика тактов,.выход которогосоединен с вторыми входами первогои второго делителей, вторыми входамипервого и второго умножителей итретьим входом выходного регистра,девятый и десятый выходы программновременного блока соединены соответственно с вторыми и третьими входами регистра коэффициента нижнего до"пуска и регистра коэффициента верхнего допуска, одиннадцатый и двенадцатый выходы программно-временногоблока соединены соответственно стретьими входами первого и третьегоблоков сравнения.и третьими входами 15второго и четвертого блоков сравнения, выходы второго и четвертогоблоков сравнения соединены с четвертыми входами соответственно регистракоэффициента верхнего допуска и регистра коэициента нижнего допуска,тринадцатый выход программно-временного блока соединен с четвертым входом выходного регистра, выход кото"рого соединен с выходом устройства,вторые входы буферного блока памятии программно-временного блока под"ключены соответственно к информационному и управляющему входам устройстваЦель изобретения достигается применением алгоритма сжатия с полиноми"Ональной интерполяцией первого порядка нестыкующимися отрезками и тем,что вместо цифро-аналоговых преобра"зователей,:.измерителей разности, блока формирования опорного напряжения 35в устройство введены регистр последней выборки, регистр предццущей выборки, второй вычитатель, первый ивторой делители, первый и второйумножители, второй, третий и четверОтый блоки сравнения, усреднитель Иэлемент И.Сумматор, усреднитель, вычитатели,делители, умножители и блоки сравнения являются комбинационными с приме.45нением аппаратных методов ускоренийВыполнения соответствующих операций,что обеспечивает высокое быстродействие и простоту управлений работойэтих блоков,Устройство реализует следующий 5 Оалгоритм.1. Запоминается начальное значе.ние выборки Ро,2. Но приходу значения следующей .выборки.У определяются коэффициенты 53допускаГ;-+ЗОо-Вйище -П6 О 3. Запоминаются значения коэффициентов допускаК=К"ф "н.4. Вычисляются экстраполированныедопустимые граничные значения приращений и ,п,Д.Пд з К(и+,5, По приходу очередной выборкиР,определяются граничные значения,приращенийНэ фо)=б. Определяются условия"вн,П 41 эАа) Если оба условйя выполняются, выборка считается несущественной. Определяются новые коэффициенты до" пуска Пэ1 и)Ь д. 16) " и1Запоминаются:если ППАто К 61= К(й 16 если ПВЗН 9, то значение К остается прежним;если ИрПндто К, = К 61)н если ППАВто значение Костается прежним.Далее работа начинается с пункта 4.б) Если хотя.бы одно из условий (1), 2) не выполняется, то предыдущая выборка считается существенной.г Вычисляется осредненное значение приращенияк э и1гНа Выход устройства передается осредненнов значение приращения, позволяющее восстановить конец ап."., проксимирующего отрезка, значение существенной выборки и номер такта.Значение переданной выборки запо" минается как начальное, и работа устройства повторяЕтся сначала,На .чертеже представлена структурная схема устройства для сжатия информации.Устройство содержит буферный блок 1 памяти регистр 2 последней выборки, регистр 3 предыдущей выборки, первый вычитатель 4, регистр 5 начальной выборки, выходной регистр б, сумматор 7, второй вычитатель 8, блок 9 задания апертуры, первый дедитель 10, первый блок 11 сравнения, второй блок 12 сравнения, второй .делитель 13, третий блок 14 сравнения, четвертый блок 15 сравнения,регистр 16 коэффициента верхнегодопуска, первый умножитель 17, усреднитель 18, регистр 19. коэффициентанижнего допуска, второй умножитель20, программно-временной блок 21,реверсивный счетчик 22:тактов, элемент И 23,устройство работает следующимобразом.С управляющего входа устройстваподается сигнал,запускающий программно-временной блок 21. Блок 21 реализует синхронное управление устройством.Первая операция - запись значенияпервой выборки из блока 1 в регистр2 последней выборки. Для реализацииэтой операция блок 21 формирует напервом выходе сигнал, который открывает выходной регистр блока 1 ивход регистра 2 последней выборки.Вторая операция " запись содержимого регистра 2 последней выборкив регистр 3 предыдущей выборки, Дляэтого блок 21 формирует сигнал начетвертом выходе, который открываетвыход регистра 2 последней выборхи,и сигнал на пятом выходе, которыйоткрывает вход регистра 3 предыдущейвыборкиТретья операция - запись содержимого регистра 3 предыдущей: выборки 30в регистр 5 начальной выборки, Дляэтого блок 21 на шестом выходе формирует сигнал, который открывает,выход регистра 3 предыдущей выборкии вход регистра 5 начальной выборки. 35Четвертая операция - обнуление ре.версивного счетчяка 22 тактов. Дляэтого блок. 21. на первом выходе формирует сигнал, обнуляющий реверсивный счетчик 22 тактов.40Пятая операция - выдача на выходустройства значения начальной выборки и номера такта. Осредненное значение приращения в этой посылке неимеет смысла. Для этого блок 21 формирует сигнал на шестом выходе,. открывающий выход регистра начальнойвыборки 5, и на тринадцатом выходе,открывающий выходной регистр 6.Шестая операция - запись из блока1 значения очередной выборки в ре-. 50гистр 2 последней выборки, Для этого,как и в первой операции, блок 21формирует сигнал на четвертом выходе.Седьмая операция - установлениереверсивного счетчика 22 такта в 55состояние "и+1". Для этого блок 21Формирует на седьмом выходе сигнал,поступающий на вход сложения ревер"сивного счетчика 22 такта,Восьмая операция - определение 60коэффициента допуска К;8 и К;, Дляэтого блок 21 формирует на четвертомвыходе сигнал, открывающий выхбдрегистра 2 последней выборки,н напятом выходе сигнал, открывающий65 выход регистра 5 начальной выборки,На выходе первого вычитателя 4 устанавливается,значение разноСти Р -РНа выходах сумматора 7 и второговычитателя 8 устанавливаются значения соответственно На выходах первого и второго делй ,лей 10 и 13 устанавливаются соответ. ственно значения К 4 и К;ц .Девятая операция - запись коэффи. циентов К;З и К; в соответствующие регистры 16 и.19 коэффициентов верх- . него и нижнего допусковДля этого блок 21 на девятом выходе Формирует , сигналоткрывающий выходы регистров 16 и 19.Десятая операция - запись содержимого регистра 2 последней выборки в регистр 3 предыдущей выборки и установление реверсивного счетчика 22 тактов в состояние "а+1 ф. Для :,этого блок 21 Формирует сигналы на ,четвертом, пятом и седьмом выходах.Одиннадцатая операция - запись значения очередной выборки Р 1 блока 1 в регистр 2 последней выборки и вычисление экстраполированныхдопус,тимых граничных значений приращений ПзА и ПА . Для этого блок 21 Форми рует сигналы на девятом.и десятом выходах. Выкоды регистров 16 и 19 коэффициентов верхнего и нижнего . допусков открываются. На выходах первого и второго умножителей 17 и .20 устанавливаются значения Пз и Пнл. соответственно. Сигнал на десятом выхсще блока 21 присутствует до конца цикла, если выборка окажется .существенной (с выхода элемента И 23 снимается логический ноль), или же до записи в регистры 16 и 19 коэффициентов верхнего и нижнего допусков новых значений коэффициентов (еСли . это будет нужно) в случае несущественной выборки (с выхода элемента ,И 23 снимается логическаяединица).Двенадцатая операция - вычисление .граничных значений приращений П 8, Пяи новых коэффициентов допуска Ед)зК(;ц . Для этого блок 21 формйрует сигналы на втором и четвертсм выходах, На входы первого вычнтателя 4 устанавливается значение Р;, - Р. На выходах сумматора 7 и второго вычитателя 8 устанавливаются значения ПЗ = ( РРо )+ 8 и Пц =(Р,у Ро )- 6 соответственно. На выходе первого и второго делителей 10 и 13устанавливаются значения новых коэффициентов допуска К(,) З и Кон).м соответственно. Сигналы на втором и четвертом выходах блока 21 присутству" ют до получения сигнала с выхода элемента И 23, если этот сигнал, ,логический нуль, или до записи врегистры 16 и 19 коэффициентов верх-.него и нижнего допусков (если этонужно) новых значений коэффициентов в случае поступления с выхода элемента И 23 ловической единицы.Тринадцатая операция - проверка условий (1) и (2) по алгоритму. Через время с момента начала выполнения двенадцатой операции, достаточное для установления на первом и третьем блоках 11 и 14 сравнения результатов про верки условий (1) и (2) соответственно, на, одиннадцатом выходе блока 21 формируется сигнаЛ, который открывает выходы первого и третьего блоков 11 и 14 сравнения, 35. ц) Если с выхода элемеита И 23 снимается логический ноль, т.е. одно из условий 1 или (2 не вычолняется, то предыдущая выборка считается существенной. Сначала блок 21 Формирует на пятом выходе сигнал, который открывает выход регистра 3 предыдущей выборки и выход регистра 5 начальной выборки, т,епроизводится запись значения предыдущей выборки в регистр 5 начальной выбор ки, и на восьмом выходе сигнал, ко" торый устанавливает в. реверсивном. счеетчике 22 тактов номер, соответствующий такту предыдущей выборки.Через время,достаточноедля уста иовления на усреднителе 18 значения оь. редненного приращенияП,блок 21 выра батывает сигнал на пятоми тринадцатом выходах. На выходной регистр 6 записывается значение существенной35 выборки, осредненное значение прира щения и номер такта. После этого , блок 21 на первом выходе Формирует сигкал, обнуляющий реверсивный счетчик 22 тактов. Далее работа устрой- щ ства повторяется с седьмой операции. 8 ) Если с выхода элемента И 23 снимается логическая единица, т.е. .оба условия (1) и (2) выполняются, то выборка считается несущественной,Блок 21 на двенадцатом выходе формирует сигнал, открывающий выходы второго и четвертого блоков 12 и 15 сравнения, Во втором блоке 12 сравнения проверяется условие П с П . Если оно выполняется, то в регистр 16 коэффициента верхнего допуска записывается значение нового коэффициента с выхода первого делителя 10, так как открывается вход регистра 16, в противном случае содержимое регистра 16 коэффициентаверхнего допуска не меияется. В четвертом блоке .15 сравнения проверяется условие П.ПД .Если оно выполняется, то значение нового коэффициента нижнего допуска с выхода второго делителя 13 записывается в регнстр 19 коэффициента нижнего допуска, так как вход последнего открывается, в противном случае содержимое регистра 19 коэф" фициента нижнего допуска остается прежним.Далее работа устройства повторяется с десятой операции. Таким образом, предложенное устройство обеспечивает сжатие цифровой информации без дополнительных сущестненных ошибоК, Чем гарантируется ожидаемая погрешность восстановления процесса и высокая информативность устройства (высокий коэффициент сжатия). Применение аппаратных методов второго порядка ускорения умножения и деления позволяет обеспечить достаточное быстродействие предложенного устройства.