Устройство для передачи информации со сжатием Советский патент 1984 года по МПК G08C19/00 

вому входу элемента И и через первый элемент задержки к первому входу второго счетчика, выход второго формирователя, импульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом второго элемента задержки, выход второго элемента ИЛИ подключен к второму входу элемента И, выход которого подключен к входу третьего формирователя импульсов, к второму входу первого элемента ИЛИ и установочным

входам счетчика, счетный вход первого счетчика, первый и второй входы второго элементаИЛИ подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока управления, выходы третьего формирователя импульсов, второго элемента задержки, первого элемента ИЛИ, второго счетчика, первого элемента задержки и элемента И подключены соответственно к первому, .второму, третьему, четвертому, пятому и шестому выходам блока управления.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ФОРМАЦИИ СО СЖАТИЕМ, содержащее генератор импульсов, первый выход которого соединен с первым входом генератора опорных сигналов, второй выход - с первым входом блока управления, выходы генератора опорных сигналов соединены с первыми входа- ми модуляторов, вторые входы которых объединены и подключены к входу устройства, выходы модуляторов соединенены с информационными входами интеграторов, выходы которых соединены с ин-формащюнными входами блоков памяти, в 1ходы блоков памяти соединены с соответствующими первыми выходами устройства и информационными входами регистра сдвига, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединенны соответственно с первыми управляющими входами интеграторов и блоков памяти, четвертый выход блока управления соединен с управляющими входами сумматора и умножителя, информационный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, выход умножителя соединен с вторым выходом устройCTgaj выход сумматора соединен с первым входом первого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока управления, пятый выход которого соединен с вторым входом генератора опорных сигналов, выход первого блока памяти соединен с вторым управляющим входом второго интегратора, выход каждого следующего i-ro блока памйти соединен с вторыми управляющими входами 2i-l и 21-го интегратора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности передаваемой информации, в него введены ключи, накопители, второй блок сравнения, пер-. вый вход которого подключен к выхоi ду сумматора, информационные входы которого подключены к выходам соответСЛ ствующих интеграторов, первые входы первого и второго ключей объединены и подключены к входу устройства, выходы первого и второго ключей подключены к первьм входам соответствующих накопителей, управляющие входы которых объединены и подключены к со шестому выходу блока управления, выходы накопителей подключены к вторым iNd входам соответствующих ключей и блоО О) ков сравнения, выход второго блока сравнения подключен к третьему входу блока управления. .2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок управления содержит дешифраторы, формирователи импульсов, элементы задержки, элементы ИЛИ, счетчики, выходы счетчиков через соответствующие дещифраторы подключены к входам соответствующих формирователей импульсов, выход первого формирователя импульсов подключен непосредственно к пер

Изобретение относится к системам преобразования сигналов и может быть использовано в телеметрии и системах обработки информации, использующих адаптивиые методы сжатия данных, в том числе и при измерении нестационарных , процессов . Известен адаптивный метод сжатия с использованием ортогональных разло жьгиий,заключающийся в том, что на определенном интервале времени контр лируемый сигнал разлагается по базис ным ортогональным сигналам и представляется в виде спектрального раз ложения с заданным числом спектральных составляющих. Затем осуществляет ся восстановление сигнала и оценка точности восстановления на краях разло жения. Если ошибка, т.е. разность между исходным и восстановленным сигналом, не превышает допустимого о, значения, то интервал разложения увеличивается на один шаг и вся процедура повторяется сначала, а если больше допустимого значения, то про-цедура аппроксимации прекращается й результаты вьщаются на выход. Известно также устройство, частич но реализующее данный метод и содержащее ячейку памяти, интегрирующие блоки, блоки умножения, матричную пе 15есчетную схему, сумматор, вычитающие устройства, блок сравнения, ключевую схему , схему управления и блок буферной памяти. Длина интер-вала разложения задается априорно l . Недостатком такого устройства является то, что оценка ошибки приближ ния параметра осуществляется на концах интервала разложения и не контролируется врутри анализируемого интервала. Известно техническое решение, осуществляющееI контроль ошибки аппроксимации внутри анализируемого интервала, содержащее блок определения ошибки, блок времени, блок вычислений, блок хранения результатов и логический блок . Однако для анализа значения оошбки необходимо запомнить значения измеряемого сигнала на всем анализируемом интервале, что увеличивает объем памяти устройства и снижает его быстродействие. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для передачи информации со сжатием, позволяющее сократить объем памяти н увеличить быстродействие благодаря тому, что при увеличении шага аппроксимации при адаптивном сжатии измеряемый сигнал не анализируется заново, его значения на интервале разложения не запоминаются, а пересчет коэффициентов разложения осуществляется по коэффициентам, рассчитанным на предыдущем этапе аппроксимации. Устройство содержит блок управления, генератор импульсов, генератор опорных сигналов, модуляторы, интегг раторы, блоки памяти, регистр сдвига, умножитель, аналоговый сумматор, блок сравнения, причем первый выход генератора импульсов соединен с первым входом генератора опорных сигналов, второй выход - с первым вхоом блока управления, выходы генератора опорных сигналов соединены с первыми входами модуляторов, вторые входы которых объединены и подключены к входу устройства , выходы модуляторов соединены с информационными входами интеграторов, выходы котсрых соединены с информационными входами блоков памяти, выходы блоков памяти соединены с соответствующими выходами устройства и информационными входами регисра сдвига, управляющий вход которого сое динен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первьми управляющими входами интеграторов и управляющими входами блоков памяти, четвертый выход соединен с вторьм входом генератора опорных сигналов, а пятый выход - с управляющими входами аналогового сумматора и умножите ля, информационный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, выход - с дополнительным выходом устрой ства, выход аналогового сумматора соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с входом устройства, выход - с вторым управляющим входом второго интегратора, выход каждого следующего i-ro блока памяти соединен с вторыми управляющими входами (21-1) и 2i-ro интегратора, выходы всех блоков памяти соединены с соответствующими инфор мационными входами аналогового сумматора С23 . Недостатком известного устройства является то, что оншбка приближения оценивается только на конце каждого шага аппроксимации, соответствующего полному интервалу разложения, и не анализируется в процессе измерения параметра внутри интервала измерения Это может привести к тому, что особен но при измерении нестационарных процессов, что ошибка на конце интервала измерения будет иметь значительную величину, много большую допустимой. Необходимо устройство, которое при таком же быстродействии и минимальном объеме памяти позволяло бы оценивать ошибку аппроксимации в процессе измерения параметров, в частности, нестационарного процесса, и завершать цикл измерений сразу же при превьппении допустимой ошибки, не дожидаясь окон чания интервала разложения. Это позволит обеспечить точность измерения, близкую к заданной. Цель изобретения - повышение досто верности передаваемой информации. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для передачи информации со сжатием, содержащее генератор импульсов, первый выход которого соединен с первым входом генератора опорных сигналов, второй выход - с первым входом блока управления, выходы генератора опорных сигналов соединены Г первыми входами модуляторов, вторые входы которых объединены и подключег ны к входу устройства,выходы модуляторов соединены с информационными входами интеграторов, выходы которых соединены с информационными входами блоков памяти, выходы блоков памяти соединены с соответствуюш,ими первыми 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 входами интеграторов и блоков памяти, четвертый выход блока управления соединен с управляющими входа- , ми сумматора и умножителя, информационный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, выход умножителя соединен с вторым выходом устройства, выход сумматора соединен с первым входом первого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока управления, пятый выход которого соединен с вторым входом генератора опорных сигна« лов, выход первого блока памяти соединен с вторым управляющим вхо- . дсич второго интегратора, выход каждого следующего i-ro блока памяти . соединен с вторыми управляющими входами 21-1 и 2 i-ro интегратора, введены ключи, накопители, второй блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу сумматора, информационные входы которого подключены к. выходам соответствующих интеграторов, первые входы первого и второго ключей объединены и подключены к входу устройства, выходы первого и второго ключей подключены к первым входам соответствующих накопителей, управляющие входы которых объединены и подключены к шестому выходу блока управления, выходы накопителей подключены к вторым входам соответствующих ключей и блоков сравнения, выход второго блока сравнения подключен к третьему входу блока управления. Блок управления содержит дешифраторы, формирователи импульсов, элементы задержки, элементы ИЛИ, счетчики, выходы счетчиков через соответствующие дешифраторы подключены к входам соответствующих формирователей импульсов, выход первого формирователя импульсов подключен непосредственно к первому входу элемента И и через первый элемент задержки к . первому входу второго счетчика, выход второго формирователя импульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен ; с входом второго элемента задержки, выход второго элемента ИЛИ.подключен к второму входу элемента И, выход которого подключен к входу третьего формирователя импульсов, к второму входу первого элемента ИЛИ и установочным входам счетчика, счетный вход первого счетчика, первый и второй входы второго элемента ИЛИ подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока управления, вьйсоды третьего формирователя импзльcoBs второго элемента задержки, первого элемента ИТШ, второго счетчика, первого элемента задержки и элемента И подключены соответственно к первому второму, тертьему, четвертому, пятому и шестому вьпсодам блока управления В предлагаемом устройстве используется свойство разложения Уолша, поз воляющее восстанавливать саппроксимированный сигнал на участке измерения Ut, меньшем полного интвервала° разложения Т, при этом значения сигнала вне участка измерения 4t, но принадлежащем интервалу Т, равны нул Это позволяет восстанавливать изме™ ;ряемый сигнал на приемной стороне без искажений. Текущее значение ошибки аппроксима ции определяется по окончании каждого элементарного интервала i -гйе п - порядок используемых кодовых слов. Если после очередного измерения ошибка внутри интервала разложения Т превысит допустимое значение, устройство прекращает дал| нейшее измерение napaMetpa независимо от того, закончи ся ли интервал.Времени Tj а за резуль таты измерения принимаются рассчитанные на данный момент коэффициенты разложения. Это позволяет не измерять сигнал до конца интервала аппроксимации Т, где ошибка может иметь значительную величину, что особенно характерно для нестационарных процессов, а остановиться внутри этсго интервала. После этого новый цикл измерений с адаптивным сжатием начинается с момента времени, на котором прекратился предшествующий цикл измерений. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет уменьшить ошибку аппроксимации и максимально приблизить ее к значению апертуры. На фиг. I изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - эпюры опорных сигналов, вырабатываемых генератором опорных сигна-. лов| на фиг. 3 - эпюры напряжений на выходах устройства; иа фиг. 4 структурная схема блок управления. Устройство содержит блок управления генератор 2 импульсов, генератор 3 опорных сигналов, модуляторы 4 - 4j , интеграторы 5 - 5 , блоки памяти, сумматор 7, блоки 8 и 9 сравнения, ключи 10 и II, накопители 12 к 13, peгиctp ГА сдвига и умножитель 15. Блоки 8 и 9 сравнения содержат соответственно вычитатели 16 и 7 и пороговые элементы 18 и 19. Блок управления содержит счетчит ки 20 и 21, дешифраторы 22 и 23, формирователи 24-26 импульсов, элементы 27 и 28 задержки, элемент И 29, два элемента ИЛИ 30 и 31. Принцип работы устройства заключается в следующем. Исходный сигнал Л(t) анализируется в течение интервала разложения Щ. Если ошибка аппроксимации за все время измерения меньше допустимой, заранее заданной, то значение интервала разложения увеличивается вдвое и становится равным Т f 2Т,. Коэффициенты разложения на интервале Т Hi пересчктьшаются с использоваиием уже рассчитанных коэффициентов при анализе измеряемого сигнала ,1(t) на интервале Т.. В процессе измерения контролируется ошибка аппроксимации измеряемого параметра A(t). Если в какой-либо момент времент на интервале Т ошибка превысит допустимое зиачеиие, то измерение прекращается, не дожиаясь конца интервала Т j, а полученые значения коэффициентов выдаются 7109 на выход устройства. После этог-о цикл измерения начинается сначала. Устройство работает следуюш.им образом. На блок 1 управления с генератора 2 импульсов подг тся равномерная сетка частот. Начиная с момента времени блок 1 управления сбрасывает в искодное состояние генератор 3 опорных сигналов, который начинает вырабатызать сигналы специальной формы (фиг.2 Г( происходит пере в модуляторах 4 множение измеряемого аналогового и опорных сигналов, после чего промодулированные сигналы подаются на интеграторы 5. - 5 . По истечении началь ного интервала разложения Т , если ошибка аппроксимации внутри него не превысила допустимого значения, то в момент времени t-, ( фиг.З ) блок 1 управления вьщает сигнал в блоки 6 - 6 f, памяти, при этом значения напряжений с интеграторов 5 - 5 j переписьшаются в блоки памяти. После этого блок 1 управления вьщает сигнал на интеграторы 5-,- 5, ,по которому в них записываются значения напряжений с блоков 6f, памяти, а старые сигналы стираются. Теперь в этих интеграторах находятся вновь записанные значения. Затем устройство про должает анализ исходного сигнала Д(с), ио уже на интервале Т- 21- , соответствующем отрезку времени t t2 , и осуществляет обработку сигнала на второй половине интервала разложения Т , т.е. на отрезке времени t - tj . По окончании интервала Т в момент времени 12 , если ошибка аппроксимации в процессе измерения не превысила заданную, устройство про должает обработку дальп1е, при этом интервалом разложения становится отрезок Tj 2Т , т.е. от tp до tg и т.д. Ошибка аппроксимации определяется по окончании каждого элементарного интервала « г- где п. - порядок одовых слов. Измеряемый сигнал посту пает на ключи 10 и 11, причем ключ 10 пропускает на вход накопителя 12 напряжение, больше опорного снимаемог с его вькода, а ключ 11 пропускает на вход накопителя 13 напряжение, меньше опорного, снимаемого с его выхода. На копители 12 и 13 записывают поданные на них напряжения и хранят их до окон чания элементарного интервала f; , 6 после которого в аналоговом сумматоре 7 происходит восстановление и нормировка саппроксимированного сигна а на элементарном интервале с учетом длины интервала Т . Значения восстановленного сигнала из аналогового сумматора 7 выдаются на первые входы блоков 8 и 9 сравнения, на вторые входы которых подаются напряжения с накопителей 12 и 13, соответствующие максимальному f, и минимальному л j значением измеряемого сигнала Д(1) на элементарном интервале fi . Блоки 8 и 9 сравнения определяют разности между максимальи саппроксимированным значениями сигнала на элемена также между тарном интервале t и минимальсаппроксимированнымным Л mi , значениями сигнала на элементарном интервале t , представляющими максимальные значения ошибки аппроксимации Е для элементарного интервала f . Если ошибка аппрокси Ц превьшает допустимой, то блоки 8 и 9 сравненит вьщают на блок 1 управления разрешающие потенциалы, а устройство переходит к анализу следующего f j элементарного интервала. Если хотя бы в одном из блоков сравнения ошибка превышает допустимую, то на блок управления выдается запрещающий потенциал, по которому по окончании элементарного интервала ITy блок 1 управления выда|ет импульс записи на блоки 6 -, - 6 , памяти , в которые переписываются значения напряжений с интеграторов 5 -J - 5f, , затем сбрасывает эти интеграторы, а накопитель 12 сбрасывает на нуль и устанавливает в максимальное значение напряжение в накопителе 13 и в исходное состояние генератор 3 опорных сигналов. Кроме того, блок 1 управления выдает управляющий сигнал на регистр 14 сдвига, по которому значения напряжений, соответствующие коэ4хЬициентам разложения, из блоков 6 - 6 памяти переписываются в регистр 14 сдвига и последовательно выдаются на умножитель 15. Б последнем осуществляется умножение коэффициентов спектрального разложения на нормировочный коэффициент учитывающий пределы интегрирования а следоваинтеграторовтельно, и длину интервала разложе ния At . После этого сигналы выдаются на выходы, а само устройство готово к анализу измеряемого сигнала на следую щем интервале от равном начальному значению интервала аппроксимации. При восстановлении сигнала длител ность интервала измерения определяет ся по расстоянию между моментами выдачи пачек значений коэффициентов ра ложения и длительности интервала раз ложения. Блоки 8 и 9 сравнения работают сл дующим, образом. Вычитатаели 16 и 17 определяют разность амплитуд сигналов на первых и вторых входах. Пороговые элементы 18 и 19 сравнивают эту разность допу мой, то на выходах пороговых элемент устанавливается разрешающий потенциа в противном случае - запрещающий. Блок I управления ( фиг, 4) раб тает следующим рбразом. Счетчик 20 считает импульсы, равн мерно поступающие на счетный вход с первого входа блока управления, де шифратор 22 и формирователь 24 имлульслд преобразуют значения кода счетчика 20 в неравномерную последовательность импульсов, представляющую пачки по п импульсов с удвоенным периодом следования в каждой последующей пачке Импульсы с выхода формирователя 24 через элемент 27 задержки выдаются на пятьш выход блока 1 управления, а также на первый вход элемента И 29. Если на второй вход элемента И 29 подается нулевой потенциал, то он закрыт и импульс с формирователя 24 импульсов через него не проходит. Счетчик 2 считает импульсы, поступающие на него с линии .27 задержки. С его выхода снимается код числа, соответствующего номерам интервала разложения Т и анализируемого элементарного интервала t , которое выдается на четвертый выход блока 1 управления и на входы дещифдатора 23. Последний и формирователь 25 импульсов формируют последовательность импульсов, каждый из которых соответствует окончанию интервала раз ложения Tj . С выхода формирователя 25 имцульсы через элемент ИЛИ 30 подаются на третий выход и далее чере элемент 28 задержки на второй выход блока 1 управления. Если на втором или третьем входах блока управления установлен положительный потенциал, то элемент И 29 открыт и импульс с формирователя 24 проходит на его выход, сбрасьшает счетчики 20 и 21 и запускает формирователь 26 импульсов (ждущий мультивибратор) , который выдает пачку импульсов на первый выход блока управления. Пример . Пусть задана ошибка аппроксимации .. (фиг.За) . Исходный сигнал Л (t) перемножается в модуляторах 4 - 4 f, с опорными сигналами (фиг. Зб ), при этом напряжения на выходах соответствующих интеграторов 5-, - 5р имеют вид, показанньй на фиг.Зв. Анализируется первый шаг аппрсЯЙ симации на интервале , расположен. ном в промежутке t - t . Восттановленный на первом гаше аппроксимации сигнал (эпюра на фиг.Зг) в точности повторяет исходный, поэтому ощибка аппроксимации на каждом элементарном интервале нулю. Устройство переходит к анализу следующего интервала аппроксимации Т , расположенного в промежутке to - t2 При этом во второй интегратор 5. в момент времени t переписьшается исходное напряжение с первого блока 6 памяти, а в третий и четвертый интеграторы 5 и 5 - исходное напряжение из блока 6- памяти. После чего сигнал Л(t) ( фиг. За ) продолжает обрабатываться на отрезке времени t - По окончании элементарного интервала Tj устройство выявляет ошибку вд поэтому в момент времени дальнейшая апироксимация прекращается, а значения коэффициентов разложения нормируются и выдаются на дополнительный выход. За начало следующего интерваг ла аппроксимации принимается точка С, .Благодаря предлагаемому методу, бработки устройство позволяет поысить достоверность передаваемой . нформации относительно ее заданного начения. Выигрыш по точности опрееляется видом измеряемого сигнала и го характеристикам. Устройство наболее эффективно при измерении нетационарных сигналов. Например, сли измеряемый процесс имеет кореляционную функцию р 1 - oCftl , араметр которой об увеличивается К раз на интервале аппроксимации , то использование предлагаемоnго устройства позволяет в бГ снизить среднеквадратическое значение подвижности аппроксимации относительно ее заданного значения. Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства по сравнению с базовьм объектом определяется также по средним характеристикам. Ошибка приближения превышает апертуру в момент времени, в среднем равный половине интервал; изме i;ibiрения сигнала, т.е. Дисперсия ошибки сигнала в момент времени t t равна . t 4 V ; где &g - дисперсия изме яемого сигнала. Прдставив ps1-ot|T( , 6 Пфйбл1окенно получают | (,(|, Величина апертуры д обычно выбира ется равной 1% от шкалы измеряемого сигнала L. Приняв L 6 (ад , получают ж 0,06 6- . Дисперсия превьш1ения значения ошибки величины алед}туры равна , (ri-3,6-( 6 и определяет погрешность предлагаемого устройства. Дисперсия ошибки, сигнала в момент времени t Т для нестационарного сигнала с монотонным изменением параметра приблизительно равна 6. 2 ci I I . Тогда дисперсия превьш1ения значения ошибки величины апертуры составляет S| -/-2o |Tl-3,4(. Отношение дисперсий погрешностей для базового объекта и предлагаемого устройства после некоторых преобразований можно записать в виде V/fl-3,b--fO 6,.з,,.,о-з Обычно в телеметрических, .системах сС Cf «0,01, тогда Таким образом, точность измерения сигнала относительно заданной апертурк предлагаемым устройством в среднем в 4,5 раз выше, чем базовым объектом.

fjf Фиг. г

tfl

8

«bi Ч)

U, 2

Pui3

ФигЛ