Устройство для сжатия данных

(1)944144 Союз СоветскикСоцнапнстнческнаРеспубпнк ОП ИСАНИ ЕИ ЗОБРЕТЕ Й ИЯК АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Вкударстюкцй камктет СССР ю делам кзаеретеккй к открытийДата опубликования описания 15. 07. 82(71) Заявитель Я 4) уетрайСтВО длЯ СждтиЯ ДАНнцХ ФИзобретение относится к электросвязи и может быть использовано в многоканальных системах передачи данных с временным разделением каналов и кодово-импульсной модуляцией5 для определения статистических характеристик телеметрируемьх параметров.Известно устройство для сжатия и передачи данных в многоканальных системах телеизмерений, содержащее входной регистр текущего отсчета, входной элемент ИЛИ, блок вентиль" нцх элементов, соединенный с выходами блока синхронизации, блок памяти, считывающий вход которого соединен с выцитаоцим входом входного сцетцика заполнения памяти, и выходной регистр, соединенный с информационным выходом блока памяти зоОднако известное устройство обладает невысоким коэффициентом сжатия при передаче данных о бцстроменяющихся измеряемых параметрах, а также;низкими быстродействием и помехозащищенностью передаваемых сжатых данных.Цель изобретения - повышение степени сжатия при передаче данных о быстроменяющихся измеряемых параметрах.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для сжатия данных в многоканальных системах телеизмерений, содержащее входной регистр текущего отсчета, входной элемент ИЛИ, блок вентильных элементов, соединенный с выходами блока синхронизации, блок памяти, считывающий вход которого соединен с вычитающим входом входного счетчика заполнения памяти, и выходной регистр, соединенный с информационным выходом блока памяти, введены блок ранжирования отсчетов, блок усреднения кодов порядковых статистик, блок элементов ИЛИ,счетчик числа реализации и счетчик отсчетов, вход которого соединен3 94414 Кроме того, блок усреднения кодов порядковых статистик содержит буФерный регистр и элемент ИЛИ, входыкоторого соединены с управляющимивыходами сумматоров, информационныевходы и выходы которых являются информационными входами и выходами бло"ка усреднения кодов порядковых ста" тистик, дополнительным входом и выходом которого являются вход и выходбуферного регистра, причем синхранизирующие входы считывания сумматоров соединены .между собой и являются управляющим входом блока усреднения кодов порядковых статистик, управляющим выходом которого является выХод элемента ИЛИ, при этом к выходам 50 соответствующих сумматоров подключены выходные делители кодов, другие вхо" ды которых соединены с выходами бу ферного регистра. 55На фиг, 1 представлена общая структурная электрическая схема устройства, на фиг2 и 3 - варианты выс управляющим выходом входного регистра текущего отсчета, выход которого соединен с информационным входом блока ранжирования отсчетов, вы" ходы которого соединены с информдци онными входами блока усреднения кодов порядковых статистик, при этом управляющий вход блока ранжирования отсчетов соединен с выходом счетчика отсчетов и суммирующим входом счет- о чика числа реализаций, управляющий выход которого соединен со вторым входом входного элемента ИЛИ, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с управляю" 15 щим выходом выходного счетчика заполнения памяти и управляющим выхо- дом блока усреднения кодов порядко" вых статистик, управляющий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ и с управляющими входами блока синхронизации и счетчика числа реализаций, выход которого соединен с дополнительным входом блока усреднения дов орядовых статистк, информационные выходы и дополнительный выход которого соединены с другими входами блока вентильных элементов, выходы которого соединены с входами блока элементов ИЛИ, информационныйЭО выход которого соединен с записывающим входом блока памяти, а управ" . ляющий выход соединен с суммирующим входом входного счетчика заполнения памяти. 4полнения блока усреднения кодов порядковых статистик, на фиг. 4 - таблица, иллюстрирующая выигрыш по коэф"фициентам сжатия,Устройство содержит входной регистр 1 текущего отсчета, блок 2 ранжирования отсчетов, счетчик 3 отсчетов, блок 4 усреднения кодов порядковых статистик, счетчик 5 числареализаций; входной элемент ИЛИ 6,блоквентильных элементов, блок 8синхронизации, блок 9 элементов ИЛИ,блок 10 памяти, входной счетчик 11заполнения памяти, выходной регистр12. Блок 4 (фиг. 2 и 3) усреднениякодов порядковых статистик, содержащих элемент ИЛИ 13 набор сумматоров 14, буФерный регистр 15, наборвыходных делителей 16 кодов.На вход устройства могут поступать информации от одного или нескольких источников информации, Приналичии одного источника информации(например, датчика быстроменяющегося процесса) реализация измеряемогопроцесса в ходе работы устройстваразбивается на К сегментов (участкову по И отсчетов в каждом. Ранжирование (упорядочение) отсчетов повеличине проводится в пределах каж"дого сегмента. При наличии несколькихисточников информации на вход устройства поступают К=И реализаций одногои того же измеряемого процесса по ДГотсче 1 ов в каждом. В этом случае ранжирование отсчетов по величине производится в пределах каждой реализации,Необратимое сжатие осуществляется за счет передачи и/или регистрации вместо. исходной последовательности отсчетов стационарногопроцесса х(й) или К реализаций сегментов процесса нескольких осредненных по К .реализациям сегментам, кодов порядковых статистик, обладающихсвойством сходимости к квантилю ХРсоответствующего уровня вероятностиР и позволяющих потребителю информации определить конечный результатизмерения в виде набора статистичес"ких характеристик (функции распределения, дисперсии, математического ожидания и других).Устройство работает следующим образом.Текущие отсчеты х(т,) .процессах(й) поступают на входной регистр 1текущего отсчета, а затем эаписыва+ 1 К 35 5 94414 ются в блок 2 ранжирования отсчетов.1 При этом содержимое счетчика отсчетов увеличивается на единицу с каждым новым отсчетом. По мере накопления в блоке 2 заданного коли чества М отсчетов процесса произ водится их ранжирование (упорядочивание по величине), Когда содержимое счетчика 3 достигает фиксированного предельного значения Й -сигнал, с 1 О выхода счетчика 3 поступает на вход счетчика 5 реализаций (увеличивая содержимое его на единицу), а также на управляющий вход блока 2 ранжированияПо данному сигналу с 15 выхода блока 2 ранжирования на входы блока 4 усреднения кодов порядковых статистик ПС поступает ранжированный по амплитуде ряд значений . (к). 2 о1 К.г 2 К- ЭК . (К)К И)КО+1)К(4)Кфэлементы которого являются порядковыми статистиками хо, где- ранг у 5 элемента ряда (порядковый номер), а К - номер реализации сегмента.В блоке 4 производится сложение предшествуоцей суммы. Х р,. соответствующей порядковой статистики, полученной по (К) сегментам или реализациям с текущим К-ым значением порядковой статистики. Такая операция суммирования производится для каждой из порядковых статистик. Из двух возможных способов суммирования (последовательного 4 О и параллельного) предпочтение следует отдать параллельному (фиг, 2) ввиду увеличения быстродействияустройства, В этом случае И операций сложения производится параллельно в каждом из сумматоров 14 блока 4.Количество сегментов (реализаций) К подсчитывается в счетчике 5 реализаций, и, достигнув величины К=М, поступает с выхода счетчика 5 на служебный (дополнительный) вход блока 4 усреднения кодов порядковых статистик. Для предпочтительного варианта устройства (фиг. 2) число К=М поступает на буферный регисто 15. Кроме того15 с управляоцего выхода счетчика 5 числа реализаций управляющий оигнал, пройдя элемент ИЛИ 6, поступает параллельно на управляющие входы блоков 4, 5 4 6и 8, По данному сигналу происходит сбнуление счетчика 5, а в блоке 4- осреднение соответствующих сумм порядковых статистик (деление сумм нач число К=М реализации)Х =-"1 хО) к . л (1) К 1)(,11) К (14 К "(04 Полученные таким образом коды сред-, них порядковых статистикХ"(0)1 "И)ф "1 И) ЯУ %+1T" ф" (11) поступают на й входов блока 7 вентильных элементов, а на дополнитель" ный И+1-ый вход блока 7 поступает код К=М с выхода блока 4 буферного регистра 15 для вариантов фиг. 2 и 3 , В это время на выходе блока 8 в соответствии с программой измерений формируется управляющий сигнал (двоичный код),поступающий на входы вентильных элементов блока 7. Таким ббразом, на все вентильные эле . менты поступит сигнал "О" и "1" .(со-ф ответствующий разряд 8+1-разрядного управляющего слова), При единичном сигнале на управляющем входе вентиль- ного элемента, последний открывается и пропускает поступиваую на его информационный вход информацию (в данном случае среднее значение соответствующей порядковой статистики). При нулевом сигнале вентильный элемент остается закрытым и не позволя) ет пройти коду поступающему на его информационный вход. Таким образом, управляющий код блока 8 и блок 7, вентильных элементов формируют массив (объем) данных, подлежащих передаче и представляющих собой информацию о К: М реализациях измеряемого процесса (по отсчетов каждая) или о К-М сегментах одной реализации процесса общей длиной в М Й отсчетов, Например, если открыты лишь первый и последний Й вентильный элементы, то передаются лишь осредненные крайние порядковые статистики)и Х( )Для потребителя данных на приемной стороне системы измерений они не сут информацию о статистических характеристиках измеряемого процесса х(й) о среднем значении9 9441 ций и блока 4 и заставляет переписать содержимое блаков 4 и 5 в блок 10 через блоки 7 и 9.Назначение трех дополнительных ре" жимов считывания информации из блоков 4 и 5 следующее.Первый режим предназначен для осуществления регулирования интенсивности потока данных и, следовательно, степени заполнения блока 10 памя" 1 о ти по внешней команде. Второй режим предназначен для предотвраще" ния искажений данных при подсчете сумм аида 1 в резулвтате переполнения разрядной сетки. Третий режим предназначен для предотвращения опус" ташения блока памяти, нежелательное во время сеансов передачи данных. поскольку передача нулей при опустошении памяти приводит к снижению эффективности систем со сжатием данных.При наиболее простои варианте выполнения блока 4 (Фиг. 3), на выход устройства вместо осредненных порядковых статистик х посту% пает тот или иной набор величин из ряда величин Х 1, определяеььх слеМдующим образомКХ= Х, ", зомр(н) )м Оч 1 Ьт.е. передаются. неосредненные суммы порядковых статистик. Это позволя-ЗЗ .ет обойтись без выходных делителей 16, достаточно сложных по сравнению с блоками 14, Однако при этом обязательной передаче подлежит величина К, равная числу сегментов (или 4 В реализаций) и необходимая для осуществления операции осреднения сумм вида 12 потребителем информации ,на приемной стороне системы"Ы) К "(1 ЦПоскольку в общем случае передаваемые данные состоят из пакетов по нескольку чисел (кодов 1, упорядо" ченных по величине 10 и разделенных числом К, то монотонность изменения.ввличины кодовЬ) - Х(м)может быть использована для обнаружения и исправления после передачи 44 10возможных ошибок, вносимых каналом связи. Исправление ойибок передачи сжатых данных в известном невозможно без применения дополнительных приемов помехоустойчивого кодирования.Коэффициент сжатия данных К определяемый отношением объема вход-ных данных устройства Тв к объему выходных данных Т 1сж вх " фК = - - цТ мф 1и зависит для предлагаемого устройства только от величины й и И.Последние определяются из условий .качественного решения задачи и могут адаптивным образом изменяться в . устройстве при измерениях, передаче . и регистрации. Величина М определяет потребное число квантилей для определения функции распределенияГх процесса и других статистических характеристик, а величина И определяет (совместна с Н) погрешность определения статистических характеристик.В таблице приведена величина 3 среднего выигрыша по коэффициенту сжатия К р случае применения предлагаемого устройства К ,т.е.Ъ йУскщзОТгде Д - величина допустимой погрешности восстановления процесса,Данные таблицы получены методом статистических испытаний при моделировании на ЦВИ алгоритмов работы устройства к-прототипа и входных ста. ционарных процессов. Проверка ве" личин у на реальных измеряемых процессах подтвердила правильность полученных закономерностей таблицы.Предлагаемое устройство позволяет в значительной степени повысить коэффициент сжатия данных и снизить требования к полосе частот канала связи при измерении быстроизменя" кщихсв процессов.формула изобретения 1. Устройство для сжатия данных в многоканальных системах телеизмерений, содержащее входной регистр текущего отсчета, входной элемент ИЛИ, блок вентильных элементов, соединенный с выходами блока синхронизации, блок памяти, считывающий вход которого соединен с вычитающим входом11 94414 вход ного с чет чика заполнения памяти и выходной регистр, соединенный с инФормационным выходом блока памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельЮ повышения степени сжатия при передаче данных о быстроменяющихся измеряемых параметрах, введены блок ранжирования отсчетов; блок усреднения кодов порядковых статистик, блок элементов ИЛИ, счетчик числа реализа о ций и счетчик отсчетов, вход которого соединен с управляющим выходом входного регистра текущего отсчета, выход которого соединен с информационным входом блока ранжирования от счетов, выходы которого соединены с информационными входами блока усреднения кодов порядковых статистик, при этом управляющий вход блока ранжирования отсчетов соединен с выходом счетчика отсчетов и суммирующим входом счетчика числа реализаций, управляющий выход которого соединен с вторым входом входного элемента ИЛИ, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с управляющим выходом входного счетчика заполнения памяти и управляющим выходом блока усреднения кодов порядковых статистик, управляющий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ и с управляющими входами блока синхронизации и счетчика числа реализаций, выход которого соединен с дополнительным входом блока усредне 35 ния кодов порядковых статистик, инФормационные выходы и дополнитель 12ный выход которого соединены с другими входами блока вентильных элементов, выходы которого соединеныс входами блока элементов ИЛИ, информационный выход которого соединен с записывающим входом блока памяти, а управляющий выход соединенс суммирующим входом входного счетчика заполнения памяти,2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, блок усреднения кодов порядковых статистиксодержит буферный регистр и элемент ИЛИ, входы которого соединеныс управляющими выходами сумматоров,информационные входы которых являются информационными входами блокаусреднения кодов порядковых статистик, дополнительными входом и выходом которого являются вход и выходбуферного регистра, причем синхронизирующие .входы считывания сумматоров соединены между собой и являются управляющим входом блока усреднения кодов порядковых статистик,управляющим выходом которого является выход элемента ИЛИ, при этомк выходам соответствующих сумматоровподключены выходные делители кодов,другие входы которых соединены свыходом буферного регистра,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР11 531158, кл. С Об Г 15/00, 197 б944144 аз 515 7 исноеССР 7 ираж ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Й, Рауаская йабг. Уж ул. Проектная,илиал ППП Па Составитель 6. Гальцовктор Н, Воловик Техред И,Гергель Корректор Ю.Макаренко