Устройство для передачи данных со сжатием Советский патент 1986 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к телеметрии и может применяться в адаптивных телеметрических системах.

Цель изобретения - повьшение точности устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема алгоритма работы устройства; на фиг. 3 - график входного и выходного сигналов.

Устройство содержит (фиг. 1) аналого-цифровой преобразователь 1, первый счетчик 2 синхроимпульсов, хро- низатор 3, с первого по четвертый регистры 4-7, с первого по третий сумматоры 8 - 10, делитель 11, блок 12 сравнения, второй счетчик 13 существенных отсчетов, блок 14 памяти, ключ 15, элемент И 16 и элемент ИЛИ 17. Хронизатор выполнен на генераторе 18 импульсов и делителе 19 частоты следования импульсов.

Регистр 4 используется для хранения текущего отсчета, регистр. 5 - для хранения предшествующего текущего отсчета,регистр 6 - для хранения предшествующего существенного отсчета, регистр 7 - для хранения результатов промежуточных вычислений. В качестве этих регистров могут исполь- зоваться микросхемы К155ИР13, запись в которые производится по положительному перепаду импульса, подаваемого на их синхронизирующий вход. При подаче сигнала О на первый управляющий вход регистра 7 он переходит в режим хранения (его состояние не меняется при подаче тактового импуль- .са на второй управляющий вход). При подаче сигнала 1 на первый управляющий вход регистра 6 с приходом тактового импульса на третий управляющий вход в него записывается информация, поданная на второй информационный вход, а при подаче сигна

ла Г на второй управляющий вход- информация, поданная на первый информационный вход. I

В качестве счетчика 2 синхроимпульсов и счетчика 13 существенных отсчетов может использоваться микросхема К155ИЕ7, имеющая суммирующий и вычитающий входы, а также выходы, сигнализирующие о переполнении и о равенстве содержимого нулю. На втором выходе счетчика 2 устанавливается сигнал 1 при его заполнении. На выходе счетчика 13 устанавливает

5

0

5

5

0

ся сигнал О, при равенстве его содержимого нулю.

В качестве сумматоров 8-10 могут использоваться микросхемы К155ИПЗ. Делитель 11, блок 12 сравнения, блок 14 памяти также могут быть реализованы на микросхемах 155 серии.

При подаче сигнала 1 на второй управлякмций вход блока 14 памяти он переводится в режим записи, причем запись информации производится по переднему фронту импульса, поданного на третий управляющий вход.

Генератор 18, входящий в хрониза- тор 3, представляет несимметричный мультивибратор, в котором используются два противофазных выхода. Коэффициент деления делителя 19 частоты определяете скоростью считывания информации из блока 14 памяти.

Выделение существенных отсчетов в процессе работы устройства производится на основе соотношения

x(t)(t)-fx(t,)j

(1)

где fn,(t) - максимальная ошибка аппроксимации;

k - множитель, учитывающий форму исследуемого сигнала ;

x(t) - исследуемый сигнал. В качестве уставки при выделении существенных отсчетов взята величина , равная

§.

k;--

где допустимая ошибка аппроксимации . J

Выражение

S

(2)

x(t)dt, входя5 щее в формулу (1) , представляет собой среднее значение процесса x(t) за период времени от О до t. В качестве оценки среднего значения S возьмем выборочное среднее

S(tn) t,), (3)

0

где N - число обсчетов, полученных за период времени от t до

N

(не

ветствующий точке t); H(t;) - значения исследуемого процесса в моменты времени

31280424

j, i 0,1,...,N, преобралв п л л н ря те вх

зованные в 1р1фровой код. Обозначим через S- величину, равную

) H(to) + Н (t).

(4)

Тогда формула (1) с учетом (2), (3) и (4) примет вид

liritN)., 2S,(t.) - S(t,) AS(tN). Ч . (5)

С помощью устройства на каждом такте получения очередного отсчета производится вычисление абсолютной величины iS(tj,), которая сравнивается с уставкой S . Если 6 i {iSCtf,), то регистрируется следующий существенный отсчет, равный предыдущему текущему отсчету Н (t,), который принимается в качестве предществую- щего существенного отсчета. Если 5 -i U S(tj,), то устройством анализируется следующий текущий отсчет.

Устройство работает следующим об- I разом.

Работа устройства начинается с :момента подачи на его управляющий вход сигнала 1, при этом запускается генератор 18, входящий в хро- низатор 3.

Рассмотрим работу устройства на N-M такте определения очередного суЮ

Это значение подается на вход делителя 11, с помощью которого производится деление двоичного числа, поступающего с сумматора 10 на число, записанное в счетчике 2, равное N+1. Таким образом, на выходе делите ля 11 получаем значение, равное S|(tn), определяемое по формуле (3). Код с выхода делителя 11, сдвинутый на один разряд в сторону старших разрядов, т.е. значение на выходе дели- теля умножается на два, подается на вход блока 12 сравнения.

/5

С -помощью блока 12 сравнения производится определение абсолютной величины значения uS(tj) согласно формуле (5) и сравнение полученной величины с уставкой , значение ко.20 торой определяется по формуле (2) . Если iS(tj()t6 , то на втором выходе блока 12 устанавливается сигнал О, а на первом - 1. Сигнал О с второго выхода блока 12 через элемент

ИЛИ 17 (если счетчик 2 не заполнен до конца) проходит на управляющие входы регистра 7 и блока 14 памяти, переводя их в режим хранения, а также на вход элемента И 16, запрещен прохождение импульсов хронизатора 3 ,на вход установки в исходное состояние счетчика 2. В то же время сигнал 1 с первого выхода блока 12 поступает на управляющий вход ре30

щественного отсчета. При этом в ре- 35 гистра 6, разрешая запись в него ингистре 7 хранится значение предшест- вукщего существенного отсчета HCt), в регастре 5 - значение предшеству- клцего текущего отсчета Н (t)(.( ), в регистре 4 - значение текущего отсчета Н (t), в регистре 6 - значение Н (tfj), равное

H (tN) 21 Н (t;),

ъ 0

Т.е. сумма предьщущих (N-1) отсчетов.

Значение ), согласно формуле (4), определяется с помощью сумматора 8, на входы которого подаются сигналы с выхода регистров 4 и 7.

На выходе сумматора 9 значение. равно

формации, поданной на второй информационный вход. По переднему фронту импульса с второго выхода хронизатора 3 будет осуществлена перезапись

40 информации с выхода сумматора 9 в регистр 6, из регистра 4 - в регистр 5, с выхода преобразователя 1 - в регистр 4, а также увеличивается на единицу содержимое счетчика 2. Таким

45 образом, на (N+1)-M шаге значение, записанное в регистре H(to), не из- менится,. в регистре 5 будет запи- хано значение, равное Н (t|i|); в регистре 4 - Н (t|g, ), в регистре 6 50 . ,. N-I

Н (t,,,) Н (tj

N41

Н (t;)

Н (tj H (tJ + Н (t.,.,)

N-1

-uj n . - ti : H(t; ).

i 0

и в сче тчике 2 - число, равное N+2., т.е. будут подготовлены исходные 55 данные для вычисления .,). Импульсом с первого выхода хронизатора 3 производится запуск преобразоватеН (t ) Н (tf,) + H(t) H(t). ля 1, с помощью которого входной сигнал преобразуется в цифровой код.

На выходе сумматора 10 получено значение, равное

м

n

Это значение подается на вход делителя 11, с помощью которого производится деление двоичного числа, поступающего с сумматора 10 на число, записанное в счетчике 2, равное N+1. Таким образом, на выходе делителя 11 получаем значение, равное S|(tn), определяемое по формуле (3). Код с выхода делителя 11, сдвинутый на один разряд в сторону старших разрядов, т.е. значение на выходе дели- теля умножается на два, подается на вход блока 12 сравнения.

С -помощью блока 12 сравнения производится определение абсолютной величины значения uS(tj) согласно формуле (5) и сравнение полученной величины с уставкой , значение которой определяется по формуле (2) . Если iS(tj()t6 , то на втором выходе блока 12 устанавливается сигнал О, а на первом - 1. Сигнал О с второго выхода блока 12 через элемент

ИЛИ 17 (если счетчик 2 не заполнен до конца) проходит на управляющие входы регистра 7 и блока 14 памяти, переводя их в режим хранения, а также на вход элемента И 16, запрещен прохождение импульсов хронизатора 3 ,на вход установки в исходное состояние счетчика 2. В то же время сигнал 1 с первого выхода блока 12 поступает на управляющий вход ре

формации, поданной на второй информационный вход. По переднему фронту импульса с второго выхода хронизатора 3 будет осуществлена перезапись

информации с выхода сумматора 9 в регистр 6, из регистра 4 - в регистр 5, с выхода преобразователя 1 - в регистр 4, а также увеличивается на единицу содержимое счетчика 2. Таким

образом, на (N+1)-M шаге значение, записанное в регистре H(to), не из- менится,. в регистре 5 будет запи- хано значение, равное Н (t|i|); в регистре 4 - Н (t|g, ), в регистре 6 . ,. N-I

Н (t,,,) Н (tj

N41

Н (t;)

который используется в (N+2) такте работы устройства.

Если на N-M такте значение iS(t,|) {превысит заданную уставку, то на вто ipoM выходе блока 12 устанавливается сигнал 1, а на первом выходе - сигнал О. При этом сработает элемент ИЛИ 17, регистр 7 и блок 14 памяти будут установлены в режим записи, регистр 6 будет установлен в режим записи информации, поданной на его первый информационный вход. По переднему фронту импульса с второго выхода хронизатора 3 будет осуществлена перезапись информации: с выхода регистра 5 з регистр 6, блок 14 памяти и в регистр 6; с выхода делителя 11 в блок 14 памяти; с выхода регистра 4 в регистр .5; с выхода преобразователя 1 в регистр 4. Таким образом, в регистре 7 будет записано значение Н (t;,), которое в дальнейшем принимается в качестве предшествующего существенного отсчета H(tg), регистре 5-значение H(t,j), 25 щем входе устройства, БС1 - сигнал на которое в дальнейшем будет использовано в качестве отсчета H(t, ), в регист-. ре 4 - значени H(t,, ),которое в дальN + r

нейшем будет использовано в качестве отсчета H(tj) .Значение H(tj,.,) (т.е. отсчет H(to) для следующего формирования очередного существенного отсчета) будет также записано в регистр бив блок 14 памяти. В последнем также будет записано среднее значение сигнала между соседними существенными отсчетами с выхода делителя 11 и число отсчетов между соседними существенньн и отсчетами с

на втором выходе блока 12 сравнения; П - сигнал на втором выходе (выходе переполнения) счетчика 2; R1 - R4 - содержимое регистров 4-7; S2 - сиг- 30 нал на выходе сумматора 9; БП - блок 14 памяти; Ндц„- код на выходе преобразователя 1.; СС - содержимое счетчика 2 синхроимпульсов.

j Повьщ1ение точности при регистрации процессов, имеющих импульсный характер, при применении предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом иллюстрируется на фиг. 3. Пусть

j Повьщ1ение точности при регистрации процессов, имеющих импульсный характер, при применении предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом иллюстрируется на фиг. 3. Пусть

выхода счетчика 2. Одновременно ера- Q исследуемьй процесс имеет вид нрямоботает элемент И 16, импульс с выхода которого увеличит на единицу содержимое счетчика 13. По заднему фронту этого импульса произойдет усугольных импульсов (фиг. За). При применении прототипа, если первый существенный отсчет взят в точке 1 . (фиг. 35), то, так как в качестве сутановка в исходное состояние счетЧи- щественного берется текущий отсчет

ка 2, при этом в счетчик 2 запишется число, равное трем, так как на данном такте будет вычисляться среднее значение трех отсчетов, записанных в

(при превьшении уставки), следукщне существенные отсчеты будут взяты в точках 5, 9 и 13. При восстановлени сигнала по этим существенным отсчерегистрах 4 - 6. Импульсом с первого там с помощью линейной интерполяции

выхода хронизатора 3 будет произведен запуск преобразователя 1 и т.д.

Процедура записи очередного существенного отсчета в блок 14 памяти

будет получена функция h (t). При применении предлагаемого устройства существенные отсчеты будут взяты в точках 4,5,8,9,12,13 (фиг. 3&), так

осуществляется также в случае запол- как в качествесущественных берутся

нения счетчика 2. При этом, сигнал 1 устанавливается на втором выходе счетчика 2, под воздействием которого срабатывает элемент ИЛИ 17. При

(при превышении уставки) предшеству ющие текущие отсчеты. При восстановлении сигнала будет получена функция h (t). Из фиг. 3 8 и Ь следует, что

этом сигнал 1 на втором управляющем входе регистра 6 отменяет действие на его первый управляющий вход сигнала выхода блока 12 сравнения

Заполнение блока 14 памяти контролируется счетчиком 13с, В том случае, когда содержимое счетчика 13 отлично от нуля, на его выходе устанавливается сигнал 1, который разрешает прохождение импульсов с третьего выхода хронизатора 3 через ключ 15 на первый управляющий вход блока 14 памяти,

и происходит передача накопленной информации на выход устройства.Одно- 5 временно импульсы поступают на вычитающий вход счетчика 13. После обнуления счетчика 13 он вырабатывает сигнал, закрьшающий ключ 15, и пере- дача информации заканчивается.

Работа устройства иллюстрируется алгоритмом, схема которох о приведена на фиг. 2, где приняты следующие обозначения: У - сигнал на управляюем входе устройства, БС1 - сигнал на

на втором выходе блока 12 сравнения; - сигнал на втором выходе (выходе переполнения) счетчика 2; R1 - R4 - . содержимое регистров 4-7; S2 - сиг- нал на выходе сумматора 9; БП - блок 14 памяти; Ндц„- код на выходе преобразователя 1.; СС - содержимое счетчика 2 синхроимпульсов.

Повьщ1ение точности при регистрации процессов, имеющих импульсный характер, при применении предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом иллюстрируется на фиг. 3. Пусть

исследуемьй процесс имеет вид нрямоугольных импульсов (фиг. За). При применении прототипа, если первый существенный отсчет взят в точке 1 . (фиг. 35), то, так как в качестве существенного берется текущий отсчет

(при превьшении уставки), следукщне существенные отсчеты будут взяты в точках 5, 9 и 13. При восстановлении сигнала по этим существенным отсчетам с помощью линейной интерполяции

будет получена функция h (t). При применении предлагаемого устройства существенные отсчеты будут взяты в точках 4,5,8,9,12,13 (фиг. 3&), так

как в качествесущественных берутся

(при превышении уставки) предшествующие текущие отсчеты. При восстановлении сигнала будет получена функция h (t). Из фиг. 3 8 и Ь следует, что

1

функция h(t) воспроизводит исходный сигнал с большей точностью.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность регистрации сигналов, имеющих им- пульсный характер за счет того, что в качестве существенного берется на текущий, а предшествзпощий текущий отсчет. Это также позволяет обеспечить максимальную ошибку аппроксима- ции исследуемого сигнала, не превьша ющую заданную. Для оценки расхождения мезкду исследуемым процессом и аппроксимирующей прямой, используется величина, которая определяется максимальной ошибкой аппроксимации, что облегчает выбор уставки. В устройстве совмещены операции преобразования аналогового сигнала в цифровой с помощью преобразователя 1 с вычисление величины uS(t|) (в каждом последующем такте производится обработка результатов, полученных с преобразователя 1 в предьщущем такте), что поз- .воляет также повысить быстродействие устройства. В блок 14 памяти записывается, наряду с существенными отсчетами также среднее значение отсчетов между существенными. В прототипе, чтобы получить усредненные значения, на приемной стороне необходимо произвести дополнительные вычислительные операции над полученными данными.

Формула изобретени

Устройство для передачи данных со сжатием, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого является информационным входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом первого регистра, выход которого соединен с информационным входом второго регистра и первым входом первого сумматора, первый счетчик, первый выход которого соединен с первым информационным входом

блока памяти и первым входом делителя, 50 рой вход элемента И, управляющий выход делителя соединен с первым вхо- вход второго регистра, второй управдом блока сравнения, первый выход ко- ляющий вход четвертого регистра и торого соединен с первым управляющим входом третьего регистра, выход кототретьи управляющие входы блока памяти и третьего регистра подключены к

рого соединен с первым входом второго 55 второму выходу хронизатора.

сумматора, хронизатор, вход которого является управляющим входом устройства, первый, второй и третий выходы

5

О О 0

5

0

5

хронизатора соединены соответственно с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, первого регистра и информационным входом ключа, выход ключа соединен с первым управляющим входом блока памяти и вычитающим входом второго счетчика, выход второго счетчика соединен с управляющим входом ключа, выход блока памяти является выходом устройства, чет- вертьш регистр и третий сумматор, о т л,,и чающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности устройства, в него введены элемент И и элемент ИЛИ, выход второго регистра соединен с первым информационным входом третьего регистра, вторым информационным входом блока памяти, вторым входом второго сумматора и информационным входом четвертого регистра, выход четвертого регистра соедийен с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, второй выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым управляющим входом четвертого регистра вторыми управляющими входами блока памяти и третьего регистра и первым входом элемента И , выход элемента И соединен с суммирующим входом второго счетчика и входом установки в исходное состояние первого счетчика, второй выход первого счетчика соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход второго сумматора соединен с вторым информационным входом третьего регистра и первым входом третьего сумматора, второй вход третьего сумматора подключен к выходу первого регистра, выход третьего сумматора соединен с вторым входом делителя, третий информационный вход блока памяти подключен к выходу делителя, объединенные счетный вход первого счетчика, второй вход элемента И, управляющий вход второго регистра, второй управляющий вход четвертого регистра и

третьи управляющие входы блока памяти и третьего регистра подключены к

Изобретение относится к телемет- .рии и может применяться в адаптивных телеметрических системах. Целью изобретения является повьшение точности устройства. Устройство реализует алгоритм полиномиального предсказателя нулевого порядка с плавающей апертурой. При этом в качестве очередного существенного отсчета принимается не текущий, а предшествующий отсчет. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, счетчик, регистры, сумматоры, делитель, блок сравнения, блок памяти, ключ, элемент И, элемент ИЛИ и хронизатор. 3 ил.