Устройство для передачи информации со сжатием

72) Автор изобретен гЬ Л. А. Га) Заявитель О СЖАТИЕ 4 УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЧИ астичодерщие 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 из-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 ортогональньи 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 сжатияс использованием ортогональных разложений, заключающийся в том, что на определенном интервале времени контролируемый сигнал разлагается по баф эисным 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 исходныа и восстановленным сигналом не превышает допустимое значение интервал разложения увеличивается на один шаг, и вся процедура повторяется сначала. Если ошибка больше допустимого значения, то процедура аппроксимации прекращается и результаты выдаются на выход 11Известно также устройство, чно реализующее данный метод и с жащее ячейку памяти, интегрирую80544 10 15 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 33. 20 25 30 35 40 45 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 21 .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. Изза этого временные затраты на обработкуизмеряемого 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 опорныхсигналов, второй выход - с первымвходом блока управления, выходы генератора опорных сигналов соединеныс первыми входами модуляторов, вторые входы которых объединены и подключены ко входу устройства, выходымодуляторов соединены с информационными входами интеграторов, выходы которых соединены с информационными входами блоков памяти, выходы блоков памяти соединены с соответствующими выходами устройства и информационнымивходами регистра сдвига, управляющийвход 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,ч четвертын выход которого соединен суправляющими входами аналогового сумматора и умножителя, информационныйвход которого соединен с выходом регистра сдвига, выход - с дополнительным выходом устройства, выход аналогового сумматора соединен с первымвходом блока сравнения, второй входкоторого соединен со входом устройства, выход - со вторым входом блокауправления, пятый выход которого соединен со вторым входом генератораопорных сигналов, выход первого блока памяти соединен со вторым управляющим входом второго интегратора,выход каждого следующего 1-го блокапамяти соединен со вторыми управляющими входами (21- 1) и 21-го интегратора, выходы всех блоков памятисоединены с соответствующими информационными входами аналогового сумматора,В предлагаемом устройстве осуществляется разложение анализируемогосигнала д ортогональном базисе Уолша, адаптивное к сигналу по интерва-,лу разложения, при этом с увеличением интервала разложения пересчет ко эффициентов разложения осуществляется из коэффициентов, рассчитанных напредыдущем этапе аппроксимации, Этопозволяет 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 предлагаемогоустройства, на фиг. 2 - эпюры опорных сигналов, вырабатываемых генератором опорных сигналов; на фиг. 3 - пример эпюр напряжений на выходах устройства,Устройство содержит (фиг, 1) 10 блок 1 управления, генератор 2 импульсов, генератор 3 опорных сигналов, модуляторы 4.,-4 я, интеграторы 51-5, блоки 6-6 м памяти, регистр 7 сдвига, умножитель 8, аналоговый сумматор 9, блок 10 сравнения.Принцип работы устройства заключается в следующем.Исходный сигнал Х(1) анализируется на интервале разложения Т . В слу- щ чае, если ошибка аппроксимации меньше допустимой заранее заданной, значение интервала разложения увеличивается вдвое и становится равным 2 Т . КоэфФициенты разложения на интерва- т ле 2 Т пересчитываются с использованием уже рассчитанных коэффициентов при анализе измеряемого сигнала А(й) на интервале Т, после этого снова оценивается ошибка аппроксимации. Ес 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 следуювим образом.Начиная с момента времени йо гене О .ратор 3 опорных сигналов вырабатывает сигналы специальной формы, в модуляторах 4 -4,1 происходит перемножение измеряемого аналогового сигнала 1(й) ш опорных сигналов, после чего промодулироввнные сигналы подаются на интеграторы 5-51. По истечении начального интервала разложения Т, соответствующего первому приближению в момент времени й блок 1 управления выдает комацду в блоки 6-6 1, по которой значение напряжения с интеграторов 5-5 я 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 6тервала 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 (й) и его восстановленным значением (й) в момент С не превьпвает заранее заданную, то на блок 1 управления иэ блока 10 выдается сигнал, по которому он выдает команду на интеграторы 5-5 . По этой команде в интеграторы 5-511 записываются значения сигналов с блоков 6-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 (й), но уже на интервале ТТО, соответствующем отрезку времени от С до й и осуществляет обработку сигнала на второй половине интервала разложения Т, т.е. на отрезке времени от й до С и осуществляет обработку сигнала на второй половине интервала разложения Т т,е. на отрезке времени отдо С , после чего по окончании интервала Т, в момент времени С, если ошибка аппроксимации на конце интервала Т не превышает заданную, устройство продолжает обработку дальше, при этом интервалом разложения будет отрезок, равный Т2 Т, т,еот д до й и т.д.4Наконец, если при длительности интервала разложения, равной Т (от Й,до Фв), ошибка аппроксимации превысит допустимую, то блок 10 вццает сигнал, цо которому блок 1 управления переписывает значения коэффициентов разложения из интеграторов 5 -5,1 в блоки 61-6,1 памяти и выдает 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 разложения на нормировочный коэффициент К = -, учитывающий приделы интегрирования интеграторов 5-51, а следовательно, и длину интервала разложения Т .7 858054 8Значение нормировочного коэффициента К 1 выдается из блока 1 управления и зависит от длины интерваларазложения. После этого, сигналы выдаются на выходы устройства. Блок 1управления обкуляет интеграторы5-5,1, а также вццает команду на генератор 3, который вырабатывает новую последовательность опорных сигналов (см. фиг. 2 б), и устройство щготово к анализу измеряемого сигналана следующем интервале от Ф до йравном начальному значению интервалааппроксимации Т .При восстановлении сигнала длительность интервала разложения определяется как расстояние между моментами выдачи пачек значений коэффициентов разложения.П р и м е р. Пусть задана ошибкааппроксимации 8(фиг. 3 а). Исходныйсигнал Д(й) перемножается в модуляторах 4-4 ы с опорными сигналами(фиг. 3 б), прн этом напряжения навыходах соответствующих интеграторов 5-5 имеют вид, показанный нафиг, 3 в, Анализируется первый шагаппроксимации на интервале Т, расположенном в промежутке от йо до 1.,Восстановленный на первом шаге аппрокЗОсимации сигнал (эпюра фиг, 3 г) вточности повторяет исходный, поэтомуошибка аппроксимации равна нулю. Устройство переходит к анализу следующего интервала аппроксимации Т Рас-З 5положенного в промежутке от йо до й.При этом во второй интегратор 5в момент времени й переписываетсяисходное напряжение с первого блока бпамяти, а в третий и четвертый интеграторы 5 и 54 переписывается исходное напряжение из блока 6 памяти,После чего сигнал (Ф) (фнг. За) про-,должает обрабатываться на отрезкевремени от Й до Й. По окончании 45Т (точка й) восстановленный сигналимеет другую форму (фиг. 3 г) . Вид"но, что ошибка аппроксимации (фиг,Зд)превышает допустимую 6, поэтому дальнейшее увеличение интервала аппрок- осимации прекращается, а значения ко-эффициентов разложения нормируютсяи выдаются на дополнительный выход.За начало следующего интервала аппроксимации принимается точка й. 55 Формула изобретения Благодаря предлагаемому методу обработки анализируемого сигнала устройство позволяет сократить числоопераций и увеличить быстродействиев два раза. Поскольку обработкаанализируемого 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 памятиспециального запоминающего устройства. Устройство для передачи информации со сжатием, содержащее генератор 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 входами модуляторов, вторые входы которых объединены и подключены ко входу устройства, выходы модуляторов соединены с информацноннымн 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 соединены соответственно с первыми управляющими входамн интеграторов и управляющими входами 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, умножитель и блок сравнения, выход которого соединен со вторым входом блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющими входа" ми аналогового сумматора и умножителя, информационный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, .выход.- с дополнительным выходом ,устройства, выход аналогового сумматора соединен с первым входом блокасравнения, второй вход которого соединен со входом устройства, выход -со вторым входом блока управления,пятый выход которого соединен со вторым входом генератора опорных снгналов,выход первого блока памяти соединен со вторым управляющим входом вто858054 9рого интегратора, выход каждого следующего 1-го блока памяти соединен со вторыми управляющими входами (21-1) и 21-го интегратора, выходы всех блоков памяти соединены с соот 5 ветствующими информационньачи входами аналогового сумматора.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 101. Ольховский Ю.Б, и др. Сжатие1 данных при телеизмерениях, М., Советское радио", 1971, с. 154.2. Там же, с. 213. 3. Бесветтер "Анализ и синтез .сигналов с помощью функций Уолша.