Способ адаптивной временной дискретизации и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) Ш) ПИСА ОБРЕТЕН водственное объеди ктронной медицинсдля которого мо разности послед равного апертур Рующих сигнало интервале дискр ют пропорционалной преобразуе снятия последн дуль конним достие, наклонна каждетизацииьныь энаого сигиго сущес ролируемойг значения ы аппроксими- ююм временном 3 ьистанавливауению проиэводЯла в моментвенного от временной ся В тОму сч иг,1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-произнение по радиоэлекой аппаратуре(56) 1, Донецкая Т,В, О некоторыхалгоритмах адаптивной временной дкретизации. Научные труды Ленингрского политехнического институтаиМ. М,И,Калинина. 1968, )1 294, с21, рис, 2 а, с, 23; рис, За.2. Авдеев Б,Я Антонюк Е,М. иАдаптивные телПод ред, А.В,Ф1981 с, 54-55рис, 2-19 (про еиэмерительные системы, ремке, Л., Энергоиэдат,рис, 2-18, с, 56 тотип).ВРЕМЕННОЙ ДИСО ДЛЯ ЕГО ОСУ(54) СПОСОБ АДАПТИВНОЙ КРЕТИЗАЦИИ И УСТРОЙСТВ ЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1, Способ адаптив дискретизации, заключаю 3(511 Н 03 К 13/17. 6 08 С 19/28 что в начале каждого временного интервала дискретизации в момент снятия очеРедного существенного отсчетаформируют пучок аппроксимирующих сигналов, исходящих иэ последнего существенного отсчета, внутри временного интервала дискретизации контролируют разности аппроксимирующих и преобразуемого сигналов, в момент времени, когда модуль последней и" контролируемых разностей становится равным апертуре, снимают очередной существенный отсчет, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышенияинформативности и точности восстановления сигнала, существенный отсчетснимают с аппроксимирующего сигнала,1095390 2. Устройство для осущестнленияспособа по п. 1, содержащее первыйтриггер, первый ныход которого соединен с первым нходом ключа и вычитатель, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения информативности и точности устройства, в него введены аналого-цифровой преобразователь,регистры, счетчики, блоки сравнения,блок нремени, делитель частоты, мультиплексор, демультиплексор, распределитель импульсов, сумматор, элементИЛИ, элемент И, второй и третий триггеры и формирователи аппроксимирующихфункций, в каждый из которых нходятпервый и второй элементы И, элементИЛИ и счетчик, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединенс первым входом счетчика, первыйвход аналого-цифрового преобразователя является первым входом устройства, выход соединен с первым входомпервого регистра, выход которого соединен с первыми входами вычитателя,второго регистра, первого и второгоблоков сравнения, выход первого блока сравнения соединен с первыми входами элемента ИЛИ и сумматора, выходвторого блока сравнения соединен свторым входом элемента ИЛИ, выход ко-торого соединен с первым входом.демультиплексора, выходы демультиплексора соединены с первыми входамисоответствующих вторых триггеров,выходы которых соединены с соответствующими входами элемента И, выход элемента И соединен с первыми входами третьего триггера, третьего и четвертого регистров, первого счетчика, входом блока времени и с вторыми входами вторых триггеров и счетчиков формирователей аппроксимирующий функций, выходы счетчиков формирователей аппроксимирующих функций соединены с соответствующими первыми входами муль типлексора, выход которого соединен с вторыми входами первого, второго блоков сравнения и третьего регистра, выходтретьего регистра соединен с вторыми входами мультиплексора, первого счетчика, с третьими входами счетчиков формирователей аппроксимирующих функций и янляется первым выИзобретение относится к электро- измерительной технике, предназначено дчя адаптивной временной дискретизации аналоговых электрических сигналов, и может использоваться в телемет ходом устройства выход второго регистра соединен с вторым входом нычитателя, выход которого соединен свторым входом четвертого регистра,первый выход которого соединен с первым входом нторого счетчика, выход которого соединен через третий блоксравнения с первым входом первоготриггера, первые входы первых и вторыхэлементов И формирователей аппроксимирующих функций объединены и подключены к первому выходу первого триггера, второй выход которого соединен спервым входом делителя частоты, второй вход которого является вторым входом устройства, первые выходи делителя частоты соединены с вторыми входами соответствующих первых элементовИ Формирователей аппроксимирующихфункций, вторые выходы соединены свторыми входами соотнетствующих .вторых элементов И формирователей аппроксимирующих функций, третий выход соединен с вторым входом ключа, выходключа соединен с третьим входом первого счетчика и вторым. входом второго счетчика, выход первого счетчикасоединен с третвим входом мультиплексора, первые выходы распределителяимпульсов соединены с соответствующими четвертыми входами мультиплексораи вторыми входами демультиплексора, второй выход распределителя импульсов соединен с вторым входом первого триг" гера и третьим входом нторого счетчика, второй выход четвертого регистрасоединен с вторым входом сумматора и с четвертыми входами первого счетчика и счетчиков формирователей ап,.йРоксимирующих функций, выход сумматора соединен с вторым входом тре.тьего триггера, первый выход которого соединен с третьими входами первых элементов И формиронателей аппроксимирующих функций, второй выход соединен с третьими входами вторых . элементов И формирователей аппроксимирующих функций, нход распределителя импульсов объединен с вторыми входами аналого-цифрового дреобразователя, первого и . второго регистров и является третьим входом устройства, выход блока времени является вторым выходом устройства. рических системах, в состав которых входят йреобразователи информации, требующие различных алгоритмов сжатия,Известен способ адаптивной, временной дискретизации, заключающийся вУказанная цель достигается тем, что в устройство для осуществления способа адаптивной временной дискретизации,содержащее первый треггер,том, что на каждом интервале дискретизации формируют аппроксимирующийсигнал, исходящий из последнего существенного отсчета, с наклоном, равным производной преобразуемого сигнала в момент снятия существенного отсчета, контролируют разность аппроксимирующего и преобразуемого сигналов,в момент достижения модулем контролируемой разности значения, равногоапертуре, снимают очередной существенный отсчет на преобразуемом сигнале И .Известно устройство, реализующееизвестный способ, содержащее дифференцирующий блок, блок памяти, вычитатель,умножитель, генератор линейно изменяющегося напряжения и блок сравнения 11 .Недостатком. известных способа иустройства является невозможностьобеспечения заданной погрешности аппроксимации для преобразуемых сигналов щотличающихся на интервале дискретизации от параболы,Наиболееблизким по техническойсущности к предлагаемому способу является способ адаптивной временной дискретизации, заключающийся в том, чтов начале каждого временного интерваладискретизация в момент снятия очередного существенного отсчета формируютпучок аппроксимирующих сигналов, исходящих из последнего существенногоотсчета, с наперед заданными наклонами, внутри временного интервала дискретизации контролируют разности аппроксимирующих и преобразуемого сигналов, в момент времени, когда модульЗ 5последней из контролируемых разностейстановится равным апертуре, снимаюточередной. существенный отсчет на преобразуемом сигнале и фиксируют номераппроксимирующего сигнала, для которого контролируемая разность последней достигла значения, равного апертуре преобразования 23,Наиболее близким к предлагаемомуустройству для реализации способаадаптивной временной дискретизацииявляется устройство, содержащее первый ключ, вход которого объединен спервым входом первого вычитателя иявляетсяпервым входом устройства,выход ключа соединен с первым входомблока памяти, выход которого соединен с вторым входом первого вычитателя, первый и второй выходы первоговычитателя соединены с первыми входами соответствующих делителей и вторых55вычитателей, вторые входы делителейподключены к выходам соответствующихгенераторов линейно-изменяющегося напряжения, выходы делителей соединеныс вторыми входами соответствующих 60вторых вычитателей, выходы которыхсоединены с первыми входами соответствующих блоков сравнения и вторыхключей, выходы блоков сравнения соединены с первыми входами соответствую щих первых триггеров, выходы которыхсоединены соответственно с первымивходами счетчика импульсов и вторымивходами вторых ключей, выходы вторыхключей соединены с соответствующимивходами элемента ИЛИ, выход которогои выход третьего триггера соединены соответственно с первым и вторым входами третьего ключа, выход третьегоключа является выходом устройства,выход счетчика импульсов соединен спервыми входами третьего триггера ипорогового блока, выход порогового блока соединен с вторыми входами блоков сравнения, входы генераторов линейно-изменяющегося напряжения и вторые входы блока памяти, порогового блока, счетчика импульсов, первых и второго триггеров являются вторыми входами устройства 2,Недостатками известных способа и устройства являются низкий козффициент сжатия (информативность) и низкаяточность восстановленного по существенным отсчетам сигнала, поскольку он имеет разрыв первого рода, так как восстанавливающий полином на каждом интервале дискретизации заканчиваегся на аппроксимирующем полиноме, а начинается в следующем интервале на преобразуемом сигнале,Цель изобретения - повышение информативности путем увеличения среднего интервала адаптивной дискретизации и повышение точности восстановления сигнала путем устранения разрывов восстанавливающей функции.Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу адаптивной временной дискретизации, заключающемуся в том, что в начале каждого временного интервала дискретизации в момент снятия очередного существенного отсчета формируют пучок аппроксимирующихсигналов, исходящих из последнего существенного отсчета, внутри временного интервала дискретизации контроляруют разности аппроксимирующих и прербраэуемого сигналов, в момент време-" ни, когда модуль последней из контролируемых разностей становится равнымапертуре, снимают очередной существенный отсчет, существенный отсчетснимают с аппроксимирующего сигнала,дЛя которого модуль контролируемойразности последним достиг значения,равного апертуре, наклоны аппроксимирую.цих сигналов на каждом временном интервале дискретизации устанавливают пропорциональными значениюпроизводной преобразуемого сигналав момент снятия последнего существенного, отсчета.первый выход коТорого соединен с первым входом ключа и вычитатель, введены аналого-цифровой преобразователь,регистры, счетчики, блоки сравнения,блок времени, делитель частоты, мультиплексор, демультиплексор, распределитель импульсов, сумматор, элементИЛИ, элемент И, второй и третий триггеры и Формирователи аппроксимирующих функций, в каждый иэ которыхвходят первый и второй элементы И, 10элемент ИЛИ и счетчик, выходы первого и второго элементов И соединенысоответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого сое-динен с первым входом счетчика, первый 15вход аналого-цифрового преобразователя является первым входом устройства,выход соединен с первым входом первого регистра, выход которого соединенс первыми входами вычитателя, второго 20регистра, первого и второго блоковсравнения, выход первого блОка сравнения соединен с первыми входами элемента ИЛИ и сумматора, выход второгоблока сравнения соединен с вторым вхо 25дом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом демультиплексора, выходы демультиплексора соединеныс первыми входами соответствующихвторых триггеров, выходы которых соединены с соответствующими входамиэлемента,И, выход элемента И соединенс первыми Входами третьего триггера,третьего и четвертого регистров, первого счетчика, входом блока времени и с вторыми входами вторых триггеров35 и счетчиков формирователей аппроксимирующих Функций, выходы счетчиковформирователей аппроксимирующих функций соединены с соответствующими первыми входами мультиплексора, выход 40 которого соединен с вторыми входами первого, второго блоков сравнения и третьего регистра, выход третьего ре.- гистра соединен с вторыми входами мультиплексора, первого счетчика, с 45 третьими входами счетчиков формирователей аппроксимирующих функций и является первым выходом устройства, выход второго, регистра соединен с вторым входом вычитателя, выход которого сое 50 динен с вторым входом четвертого регистра, первый выход которого соединен с первым входом второго счетчика, .выход которого, соединен через третий блок сравнения с первым входом первого триггера, первые входы первых и вторых элементов И формирователей аппроксимирующих Функций объединены и подключены к первому выходу первого триггера, второй выход которого соединен с первым входом делителя час 60 тоты, .второй вход которого является вторым входом устройства, первые выходыг делителя частоты соединены с вторыми входами соответствующих первых элементов И формирователей ап 65 проксимирующих функций, вторые выхо-.ды соединены с вторыми входами соответствующих вторых элементов И Формирователей аппроксимирующих функций,третий выход соединен с вторым входомключа, выход ключа соединен с третьим входом первого счетчика и вторым входом второго счетчика, выходпервого счетчика соединен с третьимвходом мультиплексора, первые выходыраспределителя импульсов соединеныс соответствующими четвертыми входами мультиплексора и вторыми входамидемультиплексора, второй выход распределителя импульсов соединен свторым входом первого триггера и тре-,тьим входом второго счетчика, второйвыход четвертого регистра соединенс вторым входом сумматора и с четвертыми входами первого счетчика и счетчиков Формирователей аппроксимирующихФункций, выход сумматора соединен свторым входом третьего триггера,первый выход которого соединен с третьими входами первых элементов И формирователей аппроксимирующих Функций,второй выход соединен с третьими входами вторых элементов И формирователейаплроксимирующих Функций, вход распределителя импульсов объединен свторыми входами аналого-циФрового преобразователя, первого и второго регистров и является третьим входомустройства, выход блока времени является вторым выходом устройства.На фиг. 3 представлена диаграмма,иллюстрирующая способ адаптивной временной дискретизации; на Фиг, 2структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа,Устройство (фиг, 2) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блокпамяти 2, содержащий регистры 3 и 4,вычитатель 5, триггер б, ключ 7, реверсивн ай счетчики 8 и 9 импульсов,блок, 10 сравнения кодов, блок 11 времени, формирователи. 12 аппроксимирующих Функций, каждый из которых состоит из элементов И 13 и 14, элемента ИЛИ 15 и реверсивного счетчика 16импульсовцелитель 17 частоты, мультиплексор 18, распределитель 19 импульсов, демультиплексор 20, регистры21 и 22, блок 23 триггеров, содержащий триггеры 24, блоки 25 и 26 сравнения кодов, элемент ИЛИ 27, сумматор28 по модулю два, триггер 29, элемент И 30,Допустим, что в момент времени(фиг,1) снят существенный отсчетО), отличающийся от значения преобразуемого сигнала в этот момент времени (С 1 ) на значение апертуры 6,Из последйего существенного отсчетагде П(") - значение производной "преобразуемого сигнала в момент 1)-;0 с 1и + 1;К; - коэффициент пропорциональности,5 причем КЪ 1, ешти в 1 дп 10 и 0 с К; 4 1, если в 1 дп 1 с О, где знак числа 1 определяется соотношениемв 1 дп 1, =: в 1 дпБ(й ) - б )х 10ы.ди Пх (,) ) .,Для (1 и 1/ п 44 )О К; = 1,На ) -м интервале дискретизации 15в 1 дп 1 4 О, следовательно, 0К 4 1.Далее контролируют разности ь;(С)=Пх). с С, с моментоввремени, когда для к-й аппроксимирующей Функции( д К;, (С) , 6, разностьЬК;(1) исключают из-под контроля.В какой-то момент времени остаетсятолько одна аппроксимирующая функция, (фиг, 1, функция й (С), для которой разность ЬЦ (Ц еще ни разуне превысила значение апертуры , Вмомент времени 1, когда ь (1)=6, снимают очередной существенйыйотсчет б) = й,)Таким образом, прй восстановлениипреобразуемого сигнала Бх(С) по существенным отсчетам О,и П 4 полиномами первого порядка йогрешность аппроксимации не превышает значение апертуры 6.На остальных интервалах дискретизаЗ 5ции производят аналогичные операции,за исключением случаев, когда -:в 1 дп 10 (фиг. 1,4 1)-й интервал), При в 1 дп 10 коэффициенты пропорциональности К устанавливают боль шими единицы,Устройство (фиг, 2) работает следующим образомЖ. /Пусть в момент времени 1анят 45 существенный отсчет П , при этом на выходе элемента И 30 формируется импульс, который записывает в регистр 21 кодовое значение И , соответствующее этому отсчету, в треггер 29значение выходного сигнала сумматора 28 по модулю дза, устанавливает триггеры 24 блока 23 триггеров в нулевое состояние, записывает в реверсивные счетчики 8 и 16 импульсов кодовое значение И , в регистр 22 - кодовое значение с выхода вычитателя 5. Вычитатель 5 вычисляет разность кодовых значений, поступающих с регистров 3 и 4, в которых записаны цифровые эквиваленты преобразуемого сигнала, соответствующие двум последним моментам поступления тактовых импульсов,Первый после момента 1тактоый импульс управляет аналого-цифро= вым преобразователем 1, переписывает 65 в регистр 4 информацию с регистра 3 и заносит в регистр 3 очередное значение преобразуемого сигналаЭтот же импульс запускает распределитель 19 импульсов, и первый импульс с (и+3) - го выхода распределителя 19 записывает в реверсивный счетчик 9 импульсов содержимое регистра 22 и устанавливает триггер 6 в состояние логической единицы. С этого момента времени ключ 7 открывается, и импульсы с нулевого выхода делителя 17 частоты через ключ 7 начинают поступать на счетные входы реверсивных счетчиков 8 и 9 импульсов.К моменту времени, когда на реверсивный счетчик 9 импульсов поступит количество импульсов, равное числу, записанному в регистре 22, срабатывает блок 10 сравнения кодов, устанавливая триггер 6 в нулевое состояние, при этом делитель 17 частоты также устанавливается в нулевое состояниеЭа время, в течение которого ключ 7 открыт, импульсы от делителя 17 частоты поступают .также на Формирователи 12 аппроксимирующей функции, причем в зависимости от состояния триггера 29,открыты элементы 13 или 14 И, которые соединены с выходами делителя 17 частоты е соответственно положительными и отрицательными номерами. Делитель 17 частоты организо. - . ван таким образом, что частота сле-. дования импульсов Р; на выходах с положительными номерами (10) боль- шеРО, апрн 1 сОР сР гдеРо частота следования импульсов на нуле, вом выходе делителя 17.Для-го интервала дискретизации (фиг. 1) в 1 дп 1 с О, поэтому открыты элементы И 14, импульсы с их выходов через элементы ИЛИ 15 поступают на счетные входы реверсивных советчиков 16 импульсов, увеличивая или уменьшая их содержимое в зависимости от состояния знакового выхода регистра 22. После окончания импульса на (и+3)-м выходе распределителя 19 импульсов последовательно появляются импульсы на остальных п + 2 выходах; при этом к выходу мультиплексора 18 поочередно подключаются выход регистра 21, выходы формирователей 12 аппроксимирующих Функций и реверсивного счетчика 8 импульсов, Таким образом, за один период следования тактовых импульсов с к выходу мультиплексора 18 подключаются все элементы устройства, на которых формируются аппроксимирующие функции Го Е 4, причем средняя крутизна Функции Ео, формируемой реверсивным счетчиком 8 импульсов, равна производной преобразуемого сигнала в момент снятия последнего существенного отсчета 1 , так как прирост функции Го за интервал Г равендиск рети з а- аналогично способ.соусловии, что ф 5 приросту преобразуемого сигнала эа тот же интервал времени Средняя крутизна остальных функций Е;(1514 п) .отличается от крутизны функции Ео в К раз и определяется значениями коэф5 фициентов деления делителя 17 частоты; аппроксимирующая функция Йи,1 является полиномом нулевого порядка и равна йя )-1 = 3-1Выходной сигнал мультиплексора 18 сравнивается со значением 0, записанным в регистре 3, на блоках 25 и 26 сравнения кодов, причем блок 25 сравнения кодов срабатывает, когда Е; - 0 ; 8 , а блок 26 сравнения кодов - когда й - Е 15При срабатыв анин одного из блоков 25 или 26 сравнения кодов импульс с выхода элемента ИЛИ 27 поступает через демультиплексор 20 на блок 23 триггеров и устанавливает в состоя ние логической единицы тот из тригге- ров 24, номер которого совпадает с номером выхода распределителя 19 импульсов, на котором в этот момент вре мени действует импульс. В момент вре мени, когда последний из триггеров 24 установлен в состояние логической единицы, импульс с выхода элемента И 30 обнуляет триггеры 24, записывает в регистр 21 очередной существенный ЗО отсчет И, записывает значение Н в реверсйвные счетчики 8 и 16 импульсов, чагружает регистр 22. Блок 11 времени фиксирует длительность интервала дискретизации ь 1 . Этот же импульс устанавливает в триггере 29 значение выходного сигнала сумматора 28 по модуля два, который определяется знаками разности 11 - 0) и производной (1) .40 На других интервалахции устройство работает описанному. Сравним предлагаемыйспособом-прототипом при количество аппроксимирующий лучей вобоих способах одинаково,Способ-прототип: крутизна всех аппроксимирующих лучей неизменна навсех интервалах дискретизации, а лучс максимальной крутизной должен иметьнаклон, превышающий максимальнуюпроизводную преобразуемого сигнала.Предлагаемый способ: крутизна лучей устанавливается на каждом интервале дискретизации пропорциональнойпроизводной преобразуемого сигналав момент начала каждого интерваладискретизации и, например, для ) -гоинтервала (Фиг. 1) луч с максимальнойкрутизной имеет наклон, равный производной сигнала в момент времениг аПри сохранении общего количествааппроксимирующих лучей это эквивалентно увеличению количества лучейпо сравнению со способом-прототипом,О (Ф) с П" , и углы между дву-,мя соседними лучами уменьшаются, Приэтом имеется возможность более точно выбрать оптимальный аппроксимирующий луч, что при заданной погрешности аппроксимации увеличивает среднийшаг дискретизации и, соответственнокоэффициент сжатия. Кроме того, дажери полном совпадении наклонов оптиального луча интервал дискретизации)в предлагаемом способе все-таки оказывается больше соответствующего интервала в способе-прототипе на интервал времени от начала интервала дискретизации до момента равенства оптимальной аппроксимирующей Функциии преобразуемого сигнала.Согласно предлагаемому способу,в отличие от способа-прототипа, ка-нечная точка предыдущего интерваладискретизации совпадает с начальнойточкой следующего интервала, поэтомуотсутствуют разрывы аппроксимирующейФункции,что улучшает качество восстановленного сигнала,Н .лазарев ПодписноСР филиал ППППатент, г, Ужгород, у ектная,аказ Зб 21/41 ВНИИПИ Го по дела 113035, МТи ударственн изобретен сква, Ж