Способ адаптивной временной дискретизации и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК H03K13/17 G08C19/28 

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее первый триггер, первый выход которого соединен с первым входом ключа и вычитатель, отличающеес я тем, что, с целью повышения информативности и точности устройства, в него введены аналого-цифровой преобразователь регистры, счетчики, блоки сравнения, блок времени, делитель частоты, мультиплексор, демультиплексор, распределитель импульсов, сумматор, элемент ИЛИ, элемент И, второй и третий триггеры и формирователи аппроксимирующих функций, в каждый из KOTOjaiix входят первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и счетчик, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом счетчика, первый вход аналого-цифрового преобразователя является первым входом устройства, выход соединен с первым входом первого регистра, выход которого соединен с первыми входами вычитателя, второго регистра, первого и второго блоков сравнения, выход первого бло- ка сравнения соединен с первыми входами элемента ИЛИ и сумматора, выход второго блока сравнения соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входомдемультиплексора, выходы демультиплексора соединены с первыми входами соответствующих 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 вторьали входами вторых триггеров и счетчиков фор мирователей аппроксимяруюиий функций, выходы счетчиков формирователей ап- проксимирующих функций соединены с -соответствуйщими первыми входами муль типлексора, выход которого соединен с вторыми входами первого,второго блоков сравнения и третьего регистра, выход-третьего регистра соединен с вторыми входами мультиплексора, пер-. вого счетчика, с третьими входами счетчиков формирователей аппроксимирующих функций и является первым в ыходом устройства, выход второго регистра соединен с вторым входом вычитателя, выход которого соединен 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 вторы элементов И формирователей аппроксимирующих функций объединены и подключены к первому выходу первого триггера, второй выход которого соединен с первым входом делителя частоты, второй вход которого является вторым входом устройства, первые выходы делителя частоты соединены с вторыми входами соответствующих первых элементов И формирователей аппроксимирующих функций, выходы соединены с вторыми входами соответствующих вторых элементов И формирователей аппроксимирующих функций, третий выход соединен с вторым входом ключа, выход ключа соединен с третьим входом первого счетчика и вторым.входом второго счетчика, выход первого счетчика соединен с третьим входом мультиплексора, первые выходы распределителя импульсов соединены с соответствующими четвертыми входами мультиплексора и вторыми входами демультиплексора, второй выход распределителя импульсов соединен с входом первого триггера и третьим входом второго счетчика, второй выход четвертого регистра соединен с вторым входом сумматора и с четвертыми входами первого счетчика я счетчиков формирователей ап,-про«симирую1яих функций, выход сумматора соединен с вторым входом тре.тьего триггера, первый выход которого соединен с третьими входами первых элементов И формирователей аппроксимирующих функций, второй выход

Соединен с третьими входами втораах элементов И формирователей аппроксимирующих функций, вход распределителя импульсов объединен с вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, первого и. второго регистров и является третьим входом устройства, выход блока времени является вторым выходом устройства.

1. Способ адаптивной временной дискретизации, заключающийся в том, xftj, что в начале каждого временного интервала дискретизации в момент снятия очередного существенного отсчета формируют пучок аппроксимирующих сигналов, исходящих из последнего существенного отсчета, внутри временного интервала дискретизации контролируют разности аппроксимирующих и преобразуемого -сигналов, в момент времени, когда модуль последней иг контролируемых разностей становится равным апертуре,, снимают очередной существенный отсчет, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности и точности восстановления сигнала, существенный отсчет Q снимают с аппроксимирующего сигнгша, 59 для которого модуль контролируемой разности последним достиг значения равного апертуре, наклоны аппроксимирующих сигналов на каждом временном интервале дискретизации устан авливают пpoпopциoнaльны l значению произволной преобразуемого сигнала в момент снятия последнего существенного отсчета.

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, предназначено для адаптивной временной дискретизации аналоговых электрических сигналов, и может использоваться в телемет

рических системах, в состав которых входят преобразователи информации, требующие различных алгоритмов сжатия. Известен способ адаптивной, временной дискретизации, заключающийся в том, что на каждом интервале дискретизации формируют аппроксимирующий сигнал, исходящий из последнего суще ственного 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, равного апертуре/снимают очередной существенный отсчет на преобразуемом сигнале flj . Известно устройство, реализующее известный способ, содержащее дифферен цирующий блок, блок памяти, вычитател умножитель, генератор линейно изменяю щегося напряжения и блок сравнения Ll Недостатком, известных способа и устройства является невозможность обеспечения заданной погрешности аппроксимации для преобразуемых сигналов отличающихся на интервале дискретизации от параболы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу явл ется способ адаптивной временной дискретизации, заключающийся в том, что в начале каждого временного интервала дискретизация в момент снятия очередного существенного отсчета формируют пучок аппроксимирующих сигналов, исходящих из последнего существенного отсчета, с наперед заданными наклона ми, внутри временного интервала дискретизации контролируют разности аппроксимирующих и преобразуемого сигналов, в момент времени, когда модуль последней из контролируемых разностей становится равным апертуре, снимают очередной.существенный отсчет на пре образуемом сигнале и фиксируют номер аппроксимирующего сигнала, для которого контролируемая разность последней достигла значения, равного апертуре преобразования 2. Наиболее близким к предлагаемому устройству для реализации способа сщаптивной временной дискретизации является устройство, содержащее пер вый ключ, вход которого объединен с первым входом первого вычитателя и является первым входом устройства, выход ключа соединен с первым входом блока памяти, выход которого соединен с вторым входом первого вычитателя, первый и второй выходы первого вычитателя соединены с первыми входа ми соответствующих делителей и вторых вычитателей, вторые входы делителей подключены к выходам соответствующих генераторов линейно-изменяющегося на пряжения, выходы делителей соединены с вторыми входами соответствующих вторых вычитателей, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих блоков сравнения и вторых ключей, выходы блоков сравнения соединены с первыми входами соответствующих первых триггеров, выходы которых соединены соответственно с первыми входами счетчика импульсов и вторыми входами вторых ключей, выходы вторых ключей соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого и выход третьего триггера соединены соответственно с первым и вторым входами третьего ключа, выход третьего ключа является выходом устройства, выход счетчика импульсов соединен с первыми входами третьего триггера и порогового 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 коэффициент сжатия (информативность) и низкая точность восстановленного по существенным отсчетам сигнала, поскольку он имеет разрыв первого рода, так как восстанавливающий полином на каждом интервале дискретизации заканчивается 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. Указанная 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 аппроксимирующих сигналов, исходящих из последнего существенного отсчета, внутри временного интервала дискретизации контролируют разности аппроксимирующих и прербразуемого сигналов, в момент времейи, когда модуль последней из контро лируемых разностей становится равным .апертуре, снимают очередной существенный отсчет, существенный отсчет снимают с аппроксимирующего сигнала, для которого модуль контролируемой разности последним достиг значения, равного апертуре, наклоны аппроксимирую.цих сигналов на каждом временном интервале дискретизации устанавливают пропорциональными значению производной преобразуемого сигнала в момент снятия последнего существенного .отсчета. Указанная цель достигается тем, что в устройство для осуществления способа адаптивной временной дискретизации , содержащее первый треггер. первый выход KOtoporo соединен с первым входом ключа и вычитатель, введены аналого-цифровой преобразователь, регистры, счетчики, блоки сравнения, блок времени, делитель частоты, мультиплексор, демультиплексор, распределитель импульсов, сумматор, элемент ИЛИ, элемент И, второй и третий триг геры и формирователи аппроксимирующих функций, в каждый из которых входят первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и счетчик, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого сое динен с первым входом счетчика,первый вход аналого-цифрового преобразователя является первым входом устройства, выход соединен с-первым входом первого регистра, выход которого соединен с первыми входами вычитателя, второго регистра, первого и второго блоков сравнения, выход первого блика сравнения соединен с первыми входами элемента ИЛИ и сумматора, выход второго блока сравнения соединен с вторым вхо дом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом демультиплексора, выходы демультиплексора соединены с первыми входами соответствующих 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 фор1 шрователей аппроксимирующих функций, выходы счетчиков формирователей аппроксимируюашх функций соединены с соответствующими первыми входами мультиплексора, выход которого соединен с вторыми входами первого, второго блоков сравнения и третьего регистра, выход третьего ре,гистра соединен с вторыми входами мультиплексора, первого счетчика, с третьими входаьи счетчиков формирователей аппроксимирующих функций и явля sTfH первым выходом устройства, выход второго, регистра соединен с входом вычитателя, выход которого coe цяя&н 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 тоты, второй вход которого является . вторым входом устройства, первые выходы: делителя частоты соединены с вторыми входами соответствующих первых элементов И формирователей ап проксимирующих функций, вторые выходы соединены с вторыми входами соответствующих вторых элементов И формирователей аппроксимирующих функций, третий выход соединен с вторым входом ключа, выход ключа соединен с третьим входом первого счетчика и вторым входом второго счетчика-, выход первого счетчика соединен с третьим входом мультиплексора, первые выходы распределителя импульсов соединены с соответствующими четвертыми входами мультиплексора и вторыми входами демультиплексора, второй выход распределителя импульсов соединен с вторым входом первого триггера и тре- . тьим входом второго счетчика, второй выход четвертого регистра соединен с вторым входом сумматора и с четвертыми входами первого счетчика и счетчиков форьшрователей аппроксимирующих функций, выход сумматора соединён с вторым 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 формирователей аппроксимирующих функций, вход распределителя импульсов объединён с вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, первого и второго регистров и является третьим входом устройства, выход блока времени является втоЕмм выходом устройства. На фиг. представлена диаграмма, иллюстрирующая способ адаптивной временной дискретизации; на фиг. 2 структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа. Устройство (фиг. 2) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок памяти 2, содержащий регистры 3 и 4, вычитатель 5, триггер 6, ключ 7, реверсивнчй 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 16 импульсов, целитель 17 частоты, мультиплексор 18, распределитель 19 импульсов, демультиплексор 20, регистры 21 и 22, блок 23 триггеров, содержащий триггеры 24, блоки 25 и 26 сравнения кодов, элемент ИЛИ 27, сумматор 28 по модулю два, триггер 29, элемент И 30. Допустим, что в момент времени tj. (фиг.1) снят существенный отсче ; Uj , отличающийся от значения преобразуемого сигнала в этот момент вреени Un( ) на значение апертуры . з последнего существенного отсчета j. .формируют пучок из (п + 2) апроксимирующих функций |fjjj , причем , fjj Uj-1 +.,(t., ) t. где Uj(tj) - значение производной преобразуемого сигнала в момент ; О i п +S; К - коэффициент пропорцио нальности, причем K;j 1, ер.и sign i О и О Kj 1, если sign if. О, где зна числа ± определяется соотношением i,. sign(U(t: } - Uj , Jx UK(tjH).. Для il n + 1, „, J Uj., ; i 0 Kj 1. Ha j -M интервале дискретизации sign i 0, следовательно, 0 K 4 1 Далее контролируют разности A j (t) (t) - Ux(t), tj 6 tj, с момент времени, когда для к-й аппроксимирую щей функции ГА (t) 1 - , разность AKjj (t) исклю-гают из-под контроля. В какой-то момент времени остается только одна аппроксимирующая функция, (фиг. 1, функция f( (t) , для которой разность Д,| (t) еще ни разу не превысила значение апертуры &, В момент времени t|, когда |Л). (tj)l , снимают очередной существенный отсчет Uj f.j-l (tj) . Таким образом, при восстановлении преобразуемого сигнала U(t) по суще ственным отсчетам U j полинома ми первого порядка погрешность аппро симации не превышает значение апертуры , На остальных интервалах дискретиз ции производят аналогичные операции, за исключением случаев, когда -: sign i О (фиг. 1, ( - Г)-и интервал). . При sign i О коэффициенты пр порциональности К устанавливают 6оль шими единицы. Устройство (фиг. 2) работает следующим образом, Пусть в момент времени, t: ;) анят существенный отсчет Uj.. , при этом i на выходе элемента и 30 формируется импульс, который записывает в регист 21 кодовое значение Nj.i, соответств ющее этому отсчету, в треггер 29 значение выходного сигнала сумматора 28 по модулю два, устанавливает триг геры 24 блока 23 триггеров в нулевое состояние, записывает в реверсивные счетчкки 8 и 16 импульсов кодовое значение N: , в регистр 22 - кодово значение с выхода вычитателя 5. Вычитатель 5 вычисляет разность кодовы значений, поступающих с регистров 3 и 4, в которых записаны цифровые эквиваленты преобразуемого сигнала, соответствующие двум последним момен там поступления тактовых импульсов. Первый после момента tj тактовый импульс управляет аналого-цифровым преобразователем 1, переписывает в регистр 4 информацию с регистра 3 и заносит в регистр 3 очередное значение преобразуемого сигнала. Этот же импульс запускает распределитель 19 импульсов, и первый импульс с (п+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 состояние . За 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, которяле соединены с выходами делителя 17 частоты «г соответственно положительными и отрицательными номерами. Делитель 17 частоты организо.т ван таким образом, что частота слетдования импульсов FJ на выходах с положительными номерами (i 0 больше FQ, а при i О F Fp, где РО частота следования импульсов на нуле-. вом выходе делителя 17. .. Для J -го интервала дискретизации (фиг. 1) sign i О, поэтому открыты элементы И 14, импульсы с их выходов через элементы ИЛИ 15 поступают на счетные входы реверсивных сцетчиков 16 импульсов, увеличивая или уменьшая их содержимое в зависимости от состояния знакового выхода регистра 22. После окончания импульса на (п+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 Т к выходу мультиплексора 18 подключаются все элементы устройства, на которых формируются аппроксимирующие функции fo,..., f П4Ч причем средняя крутизна функции f,, формируемой реверсивным счетчиком 8 импульсов, равна производной преобразуемого сигнала в момент снятия последнего существенного отсчета tj,, так как прирост функции fо за интервал Т равен

приросту преобраэуемого ситнала за тот же интервал времени Средняя остальных функций f() отличается от крутизны функции f в К раз и определяется значениями коэфициентов деления делителя 17 частоты; аппроксимирующая функция f,является полиномом нулевого порядка и равна „+, j Uj., .

Выходной сигнал мультиплексора 18 сравнивается со значением U, записанным в регистре 3, на блоках 25 и 26 сравнения кодов, причем блок 25 сравнения кодов срабатывает, когда fj - и . , а блок 26 сравнения кодов - когда f - U, -€. }

При срабатывании 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 состояние логической единицы тот из триггеров 24, номер которого совпадает с номером выхода распределители 19 импульсов, на котором в этот момент ар 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 отсчет N;, записывает значение Nj в реверсивные счетчики 8 и 16 иктульсов, загружает регистр 22, Блок 11 времени фиксирует длительность интервала дискретизации utj. Этот же импульс устанавливает в триггере 29 значение выходного сигнаша сумматора 28 по модуля два, который определяется знаками разности и: - ) и производной ui(t).

На других интервалах дискретизации устройство работает аналогично описанному.

Сравним предлагаемый способ, со способом-прототипом при условии, что

количество аппроксимирующий лучей ь обоих способах одинаково.

Способ-прототип: крутизна всех ап проксимирующих лучей неизменна на всех интервалах дискретизации, а луч с максимальной крутизной должен иметь наклон, превышающий максимальную производную преобразуемого -сигнала.

Предлагаекий способ: крутизна лучей устанавливается на каждом интервале дискретизации пропорциональной производной преобразуемого сигнала в момент начала каждого интервала дискретизации и, например, для .J -го интервала (фиг, 1) луч с максимальной крутизной имеет наклон, равный производной сигнала в момент времени tj.,

При сохранении общего количества аппроксимирующих лучей это эквивалентно увеличению количества лучей по сравнениюI со способом-прототипом, Ux (tj- ) l-vmm углы между двумя соседними лучами уменьшаются. При этом имеется возможность более точно выбрать оптимальный аппроксимирующий луч, что при заданной погрешности аппроксимации увеличивает средний шаг дискретизации и, соответственно, коэффициент сжатия. Кроме того, даже при полном совпадении наклонов оптимального луча йнтервёш дискретизации в предлагаемом способе все-таки оказывается больше соответствующего интервала в способе-прототипе на интервал времени от начала интервала-дискретизации до момента равенства оптимальной апгфоксимиругащей функции и преобразуемого сигнала.

Согласно предлагаемому способу, в отличив от способа-прототипа, кат нечная точка предыдущего интервала дискретизации совпадает с начальной точкой следующего интервала, поэтому отсутствуют разрывы аппроксимирующей функции,что улучшает качество восстановленного сигнала.

И МП. Такт