Устройство для сжатия информации

,13Ы 6 БФОТОА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(7 1) Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при Горьковском государственномуниверситете им. Н,И.Лобачевского(56) Авторское свидетельство СССРВ 1244692, кл. С 08 С 15/06, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ИНФОРМАЦИИ(57) Изобретение относится к техникепередачи сигналов, может быть использовано при необходимости сокращеиия избыточности,при повышенном 801392584 А 1 быстродействии, например в автоматике, телеметрии, в связи и т.д. Устройство содержит информационные каналы, включенные последовательно,реализующие последовательно-параллельную обработку входной информации.Обработка входной информации выполняется параллельно в информационныхканалах, что обеспечивает высокоебыстродействие устройства в целом иповышает достоверность информации.Устройство содержит блок памяти ив каждом информационном канале регистр, сумматор, вычитатели, триго.гер, элемент ИЛИ и дополнительново всех каналах, кроме первого, элемент сравнения и дополнительный элемент ИЛИ. 3 ил.Изобретение относится к передачесигналов и может быть использованотам, где требуется сокращение избыточности, при повышенном быстродействии, например, в автоматике,телеметрии, в связи и т.д.Цель изобретения - повышение достоверности информации и быстродействия устройства. 1 ОУстройство позволяет также сформировать значение дополнительныхразрядов в регистрах информационныхканалов.Информация с выхода дополнительных разрядов (ранг данньж) характеризует степень сжатия входной информации.В предлагаемом устройстве по сжатой информации с выхода устройства, 20включая информацию с дополнительныхразрядов, возможно однозначное восстановление исходной последовательности данных с максимальной покоординатной ошибкой, не превышающей 25значения ошибки кодирования, установленному на втором входе устройства.На фиг.1 изображена блок-схема устустройства; на фиг.2 - график, поясняющий работу устройства при сжатиипостоянного сигнала; на фиг.3 - граФик, поясняющий работу устройствапри сжатии Изменяющегося во временисигнала,35 На фиг.2 и 3 использованы следующие обозначения: я - входные отсчеты, которые исключаются иэ рассмотрения (при сжатии)О входные от 40счеты А , которые передаются на выходустройства; К - ранг отсчетов А, характеризующий степень сжатия информации; ш указывает входные отсчетыА с которыми работает и-й информаВф 45,ционный канал,Устройство для сжатия информациисодержит (для примера) четыре информационыьж канала (модуля сжатия)1-4, соединенных последовательно, реализующих параллельно-последователь 50ную схему обработки (сжатия) входныхданных А . Информация с выхода канала 4 поступает на вход блока 5 памя=ти и далее с его выхода потребителю.Информационный канал содержит ре 55гистр 6 сдвига, обеспечивающий хранение и сдвиг двух отсчетов входнойинформации А и соответствующих им значений рангов К в дополнительных разрядах регистра, вычитатель 7 и сумматор 8,предназначенные для вычисления текущей ошибки кодированияв канале, вычитатель 9, выполняющий проверку критерия сжатия (П ь - сР) в канале, триггер 1 О и элемент ИЛИ 11, формирующие сигналы управления для и-го и (и+ 1) -го информационных каналов. Все информационные каналы, кроме первого, имеют блок 12 коррекции, который формирует текущие значения порогов сжатия П в канале. В первом информационном канале значение порога сжатия постоянное и равно значению максимальной ошибки кодирования, установленному на втором входе устройства.Все информационные каналы, кроме первого, имеют дополнительно второй элемент ИЛИ 13 и элемент 14 сравнения, предназначенные для формирования текущих значений рангов К, соответствующих отсчетам входной информации А , в регистре 6 канала. Значение ранга К, равное нулю, в регистре 6 первого информационного канала Формируется путем подключения входа дополнительных разрядов регистра 6 к шине 15 нулевого потенциала.В результате обработки устройством отсчетов входной информации А с выхода блока 5 памяти поступают отсчеты сжатой информации с соответствующими значениями рангов К (ранг характеризует степень сжатия входной информации). При необходимости по этой информации возможно однозначно восстановить исходную информацию с максимальной покоординатной ошибкой, не превышающей величины, установленной на втором входе устройства.Устройство для сжатия информации (фиг. 1) имеет два входа 16 и 17 и один выход 18, На первый вход 16 поступают отсчеты входной информации А , на втором входе 17 устройства устанавливается максимальное значение ошибки кодирования д . Отсчеты сжатой информации с соответствующими значениями рангов снимаются с выхода блока 5 памяти, который является выходом 18 устройства.Каждый информационный канал (модуль сжатия) выполняет анализ данных, поступивших на его вход, с учетом3 139 текущего порога сжатия, находящегося в его блоке коррекции. Так как для первого канала 1 порог сжатия постоянный, то ему не нужен блок коррекции. В результате анализа принимается решение либо о сжатии и соответствующем увеличении ранга данньж, участвующих в проверке, либо о продвижении этих данных на выход без сжатия и изменения соответствующих им рангов.В процессе прохождения через устройство входных отсчетов А соответЬ 1 ствующий им ранг может увеличиваться. Входным данным А , которые записываются в регистр 6 первого информационного канала 1, присваивается нулевое значение ранга К. Ранг данных К 1 имеет простую физическую интерпретациюР=2 - 1,й где К - ранг отсчета А,Р - число входных отсчетов, которые исключены при сжатиимежду отсчетами А , и А .Максимальный коэффициент сжатия входных данных зависит от числа модулей сжатия, включенных в устройство:К=2где К - максимальный коэффициентсжатия входных отсчетов А111 ф11 - число каналов.Для предлагаемого устройства И =4, поэтому К = 16.Включая дополнительные каналы(модули сжатия) в устройство междупоследним модулем и блоком 5 памяти,устанавливаем нужный максимальный ко 1 эффициент сжатия. Включение дополнительных модулей сжатия не влияет набыстродействие устройства,Устройство работает следующим образом.Входные отсчеты А в темпе поступления записываются в регистр 6 первого модуля сжатия, сдвигая прежнеесодержимое регистра вправо, Входнымданным присваивается значение ранга,равное нулю. Каждый второй отсчетданных А, поступивших на вход 16устройства, вызывает выполнение записи данных с выхода первого модуля1 сжатия в регистр 6 второго модуля2 сжатия. Каждый отсчет А, с нечетным номером инициирует проверку критерия сжатия в первом модуле, Есликритерий сжатия выполняется, то присваивается значение ранга, равноеединице, отсчету А, находящемусяна первом вьжоде регистра 6 первогомодуля 1 сжатия, выполняется коррекция порога сжатия в блоке 12 коррекции второго модуля 2 сжатия, а затем устройство ожидает поступленияследующих входных отсчетов. Есликритерий сжатия не выполняется, торанг данных не изменяется, обнуляется порог сжатия в блоке 12 коррекциивторого модуля сжатия, выполняетсявнеочередная запись данных с выходапервого модуля 1 сжатия в регистр 6второго модуля 2, а также изменяетсясостояние триггера 10 модуля 2 напротивоположное. Эти действия обеспечивают продвижение входных отсчетов к выходу устройства без сжатияи без изменения их ранга.Отсчеты входных данных А с соответствующими значениями рангов( 0 или 1 ) с выхода первого модуля сжатия записываются в регистр 6модуля 2 по сигналам записи с первого модуля 1 сжатия. Каждый второйотсчет А, поступивший на вход модуля 2, вызывает выполнение записиданных с выхода второго модуля 2 сжатия в регистр 6 третьего модуля 3.Каждый отсчет Ас нечетным номером 35инициирует проверку критерия сжатияв модуле 2, а затем занесение в блок12 коррекции модуля 2 начального значения порога сжатия, равного значению, установленному на втором входе17 устройства. Если критерий сжатиявыполняется, то присваивается значение ранга равное двум (вообще присваивается значение ранга равное номеру информационного канала (модуля 4 отсчету А , находящемуся на первомвыходе регистра 6 второго модуля 2сжатия, выполняется коррекция порога сжатия в блоке 12 коррекции третьего модуля 3 сжатия, а затем ожидается поступление следующих отсчетов Аш. Если критерий сжатия не выполняется, то ранг данных не изменяется, обнуляется порог сжатия в блоке 12 коррекции третьего модуля 355сжатия, выполняется внеочередная запись данных с выхода второго модуля2 сжатия в регистр 6 третьего модуля3, а также изменяется состояние триггера 10 модуля 3 на противоположное.1392584 1 О 15 П = д,где П- п Эти действия обеспечивают продвижение входных отсчетов А к выходу устройства без сжатия и без изменения их ранга.Остальные модули сжатия работают аналогично. Запись данных с выхода последнего модуля 4 сжатия выполняется в блок 5 памяти.В отдельных информационных каналах (модулях сжатия) устройства выполняется сжатие данных на основе критерия: к = К, - 2 = (и);( ь) где и - номер информационногоканала (модуля сжатия);П - текущий порог сжатияи-го модуля сжатия;сР - модуль ошибки кодированияАюй- го модуля сжатия; К,25ранг отсчетов А иА, -., участвующихв проверке критерия сжатия в и-м модуле.Из выражения для критерия сжатия следует, что одним из необходимых условий для выполнения критерия сжатия является равенство рангов данных на первом и втором выходах регистра 6 и-го модуля сжатия коду, установленному на третьем входе элемента 14 сравнения и-го модуля. Так как входным данным А, поступающим на вход первого модуля сжатия, присваивается ранг данных, равный нулю, то очевидно, что для первого модуля 1 сжатия элемент 14 сравнения не нужен, так как условие равенства рангов нулю выполняется всегда.Значение порога сжатия П 1 для45 первого модуля 1 сжатия имеет постоянную величину и равно значению максимальной ошибки кодирования д, установленному на втором входе 17 устройства. Поэтому сжатие данных первым модулем сжатия выполняется на основе критерия Л - Ю, 7 О.Модуль ошибки кодирования с входного процесса представляет собой отклонение среднего отсчета из трех последовательных отсчетов от аппро ксимирующей его прямой линии, проводимой между крайними отсчетами,участвующими в вычислении. Значение модуля ошибки кодирования с , вычнсляемое и модуле сжатия п с помощьювычитателя 7 и сумматора 8, определяется по формуле А,+ АщА2 "Ь р -1 где А, - отсчеты входных данных;и - номер модуля сжатия,Значения текущих порогов сжатия П формируются по следующему правилу. Эту задачу выполняют блоки 12 коррекции. Для первого модуля сжатия (и = 1) всегда где П 1 - порог сжатия для первогомодуля сжатия;постоянный максимальныйдопуск ошибки кодирования,установленный на второмвходе устройства.Для остальных модулей сжатия (и 7 1) значения порогов Пформируются согласно выражению: П - Песли П = Рь (По дп) С П 1- значение разности,вычисляемой вычитателями 9 в модулях сжатия (и- 1 - И) при проверке критерия сжатия; значение порога сжатия, хранящегося в блоке 12 коррекции (и+1)-го модуля сжатия;коэффициент коррекции, постоянный для и-го модуля сжатия (и = 1, Р, = 2;и=2,З; Р= Рз= 0,5;и 4 Рь)4=1). Для учета коэффициента Р не требуется выполнения дополнительных вычислений, так как значение разности П- У, с необходимым коэффи- циентом для (и+1)-го модуля сжатия следует брать с соответствующих разрядов вычитателей 9. Значение разности с выхода вычитателя 9 модуля 1сжатия следует подавать на вход блока 12 коррекции модуля 2 сжатия,начиная с. второго разряда, на первый,младший разряд входа бпока 12 коррекции подать значение нуля, что со 5ответствует Р = 2.Значение разности с выходов вычитателей 9 модулей сжатия 2 и 3, начиная с второго разряда (первый, млад 10ший разряд разности не учитывается),следует подать на входы блоков 12коррекции модулей 3 и 4 сжатия, соответственно начиная с младших разрядов входов, что соответствует Р=- Р = 0,5.315При включении дополнительных модулей сжатия значение разности ПиФ с соответствующих выходов вычитателей 9 на соответствующие входы20блоков 12 коррекции передаютсябез смещения, что соответствуетР= 1,Коррекция порогов сжатия П вшиполняется блоками 12 коррекции сле 25дующим образом, Значение разностиП и - / с соответствующим коэффициентом Рпоступает на вход блока 12коррекции (и+1)-го модуля сжатия. Вблоке 12 коррекции сравнивается значение порога сжатия с выхода блокас тем, что поступило на его вход.Если значение порога на входе меньше, чем то, что хранится в блоке, топри наличии сигнала на втором входеуправления блока выполняется запись 35нового значения порога в блок 12 коррекции, т.е. происходит коррекция,текущего порога сжатия П для (п +Ь 11)-го модуля сжатия.В исходном состоянии все пороги 40сжатия П принимают значение, равное Л , которое поступает в блоки12 коррекции через второй вход 17устройства. В процессе работы устройства пороги сжатия Пкорректируются и используются при проверкахкритерия сжатия в отдельных модуляхсжатия. После проверки критериясжатия и-м модулем значение д вновьзаносится в порог сжатия П . 50Состояние устройства в произвольный момент времени полностью определяется состоянием триггеров 10. Ониинициируют проверку критерия сжатияво всех модулях сжатия, образующих 55конвейер обработки входных отсчетовА , осуществляют занесение и коррекцию порогов сжатия П, обеспечивают запись и продвижение данных с соответствующими рангами в регистрах 6 сдвига, обеспечивая этим сжатие и передачу данных А на выход 18 устройства через блок 5 буферной памяти.Предлагаемое устройство при высоком быстродействии позволяет выполнить сжатие входных данных таким образом, что, используя информацию с выхода устройства, возможно однозначное восстановление исходной последовательности с максимальной по- координатной ошибкой, не превышающей заданной величины, Это свойство позволяет расширить возможную область применения. Формула изобретенияУстройство для сжатия информации; содержащее блок памяти, в каждом информационном канале регистр, сумматор, вычитатели, триггер и элемент ИЛИ и в каждом информационном канале, кроме первого, блок коррекции, первый информационный вход регистра первого информационного канала является первым входом устройства, второй вход подключен к шине нулевого потенциала, первый выход регистра информационного канала соединен с первым входом своего сумматора и первым входом первого вычитателя предыдущего информационного канала, второй выход регистра каждого информационного канала, кроме последнего, соединен с вторым входом своего сумматора и информационными входами регистра последующего информационного канала, второй выход регистра последнего информационного канала соединен с вторым входом сумматора и первым входом блока памяти, выход которого соединен с первым входом первого вычитателя последнего информационного канала и является выходом устройства, в каждом информационном канале выход сумматора соединен с вторым входом первого вычитателя, выход которого соединен с первым входом второго вычитателя, первый выход второго вычитателя каждого информационного канала, кроме последнего, соединен с первым входом блока коррекции последующего информационного канала, первый выход триггера соединен с пер-. вым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ каждого информационногоканала, кроме последнего, соединен с входом триггера и первым управляющим входом регистра последующего информационного канала выход элемента ИЛИФ5 последнего информационного канала соединен с вторым входом блока памяти, .третий выход регистра первого информационного канала соединен с входом триггера, второй выход которого соединен с вторым входом блока коррекции второго информационного канала и вторым входом второго вычитателя своего информационного канала, второй выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, второй выход триггера каждого информационного канала, кроме первого и последнего, соединен с вторым входом блока коррекции последующего информационного канала, вторым входом второго вычитателя и третьим входом блока коррекции своего информационного канала, второй выход триггера последнего информационного канала соединен с вторым входом второго вычитателя и третьим входом блока коррекции, выход блока коррекции каждого информационного канала соединен с третьим входом второго вычитателя своего30 информационного канала, третий вход второго вычитателя первого информационного канала и четвертые входы блОкОВ кОррекции Остальных информационных каналов объединены и являются вторым Входом устройства, пятый Вхоц блока коррекции второго инфор 1 мационного канала подключен к второму выходу второго вычитателя первого информационного канала, О т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повлшения достоверности информации и б.стродействия устройства, в него введены в каждом информационном канале, кроме первого, элемент сравнения и дополнительный элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к второму выходу второго вычитателя, выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ, вторым управляющим входом регистра своего информационного канала и пятым входом блока коррекции последующего информационного канала, выход элемента сравнения подключен к второму входу дополнительного элемента ИЛИ, первый и второй входы элементов сравнения подключены к первому и второму выходам регистра, а третий вход является соответствующим третьим входом устройства, второй управляющий вход регистра первого информационного канала подключен к второму выходу второго вычитателя информационного канала.1392584 1 цгнав на Баде дслроисщдаАрбР=Р/ 0 игнап на ЮюА дслюыслРафкцб дул ВИОЛ Н 000 ХОдуслроислЮа оставитель Н.Бочарова ехред М.Моргентал Корректор Г.Решетник дактор Е.Коп Закаэ 2591 ное етений5, Ра/Вдул Р 1 йдуяб Тираж 558 НИИЛИ Государст по делам иэобр 35, Москва, ЖПодп о комитета С и открытий ушская наб,