Устройство для сжатия двумерных массивов информации Советский патент 1989 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к обработке данных дистанционных измерений, получаемых, например, с помощью метеорологических спутников Земли.

Целью изобретения является сокращение избыточност-и передаваемой информации.

Рассмотрим сжатие двумерного массива информации, содержащего N п X m чисел (точек ), где п - число точек в строке массива; m - число точек в столбце массива. Начало координат - в центре массива.

В качестве основных коэффициентов регрессионного сжатия используются

величины X ,- формулам:

и X

7j

вычисляемые по

Bli

2

m+l J - 2представляющие собой безразмерные координаты по строке и столбцу массива данных.

В качестве дополнительных коэффициентов используются величины х и

4ik CO

O)

to

вьмисляемые no формулам:

ii

2 1- f г - X „ ,, Х „

п

Ч;

m

Jij

Приведенные наборы значений х ,, i 1 , . . . ,п; х, , j 1 ,.. . ,m рассматриваются как компоненты основных наборов коэффициентов регрессионного

1497620

сжатия по строке и столбцу соответ-Для восстановления информации по

ственно, ах. и х. - как компо-сжатым данным используется известненты дополнительных наборов коэф-ное уравнение регрессии

фициентов по строке и столбцу соот-,

ветственно.Т(х , .х) Ь, + Ь,

л/J

Входные данные поступают последо- Ь,, х + + , вательно слева направо строчка за

строчкой.10 определяющее поверхность наилучшего

Частичные суммы .вычисляются поприближения,

формулам:Перед вычислением коэффициентов

регрессии b , определяют вспомогательQ S Т J

1 f- ) Hbie величины, которые остаются тоянными для массива заданных разме ij г, . Zj- Sij ров:

Sai Т 5, Т.-; X S,. ; „г . „ Cv -

J Zj J 2i ii2, - 2 ., I 2,, - ; (,х ; /

а, i , Г к,,; ,

S4J - |х,,. х,. т, --,,,,.) ° -. |/.; ч. i/-,)- ,

i t i - n- i ( --г,)

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике ,в частности, к устройствам данных дистанционных измерений, получаемых, например, с помощью метеорологических спутников Земли. Цель изобретения - сокращение избыточности передаваемой информации. Для достижения указанной цели в устройство, содержащее синхронизатор 5 и блок 4 сокращения избыточности по строкам и столбцам, введены формирователи 7 и 8 коэффициентов регрессионного сжатия по строкам и столбцам соответственно, а также соответствующие связи. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

6j n ij 25 Коэффициенты регрессии находятся

из соотношений: Частичные суммы накапливаются и

исходного двумерного массива данных.

Исходные данные в двумерном масси- Задавая значения х, и х4, можно

ве представлены с помощью К , деся-определить восстановленное значение

тичных разрядов цифр. Величины S,,...температуры T,.j в любой строке или

S представляются с помощью К г де-столбце двумерного массива, сятичньпс разрядов, определяемых из Дисперсия воспроизводимости рассоотношения сматриваемого исходного массива

К 7 1 Л 18 N.S 1, 7 .X - Т )

ь N-I Т,; .

Коэффициент сжатия определяется Среднеквадратическое отклонение

из формулыfrvri

)

,,

сд-м-К .

где К - число передаваемых данных На фиг.1 изображена блок-схема уств линию свя;)и.55Р йства для сжатия двумерных массиКо ффиписнт сжатия цропорциона-нов информации; на фиг.2 - схема блолен числу точек N исходного массивака сокращения избыточности; на фиг.З

и линейно воярастает с увеличени-схема блока формирования элементов

ем размеров фрагмента N num.выходного массива; на фиг.4 - схема

М f.

51

формирователя коэффициентов рег ресси онного сжатия.

Устройство для сжатия двумерных массивов информации (фиг.1) включает источник 1 информации, дискретиза- тор 2, аналого-цифровой преобразователь 3, блок 4 сокращения избыточности по строкам и столбцам, синхронизатор 5, блок 6 памяти, формирователь 7 коэффициентов регрессионного сжатия по строкам и формирователь 8 коэффициентов регрессионного сжатия по столбцам.

Блок А сокращения избыточности по строкам и столбцам (фиг,2) содержит шесть одинаковых блоков 9 формирования элементов выходного массива.

Блок 9 формирования элементов выходного массива содержит умножители 10 и 11 и накапливающие сумматоры 12 и 13.

Формирователи 7 и 8 коэффициентов регрессионного сжатия по строкам и столбцам соответственно (фиг,4) содержат адресный счетчик 14 по модулю пит соответственно и три блока 15 памяти.

Устройство для сжатия двумерных массивов информации (фиг,4 и 1) работает следующим образом.

Аналоговые сигналы, представляющие функцию двух аргументов и получаемые путем сканирования в фиксированной прямоугольной области пространства аргументов, с выхода источника 1 информации поступают на вход дискретизатора 2, который производит выборку и запоминание мгновенньгх зйа- чений сигнала через фиксированные интервалы времени, обеспечивая тем самым представление двумерной информации в виде набора значений аналогового сигнала, В блоке аналого-цифрового преобразования происходит преобразование аналоговых сигналов, поступающих с выхода дискретизатора 2, в двоичный код. Таким образом, набор кодов на выходе аналого-цифрового преобразователя представляет собой двумерный числовой массив информации, полученный путем разложения функции двух аргументов на фиксированное число элементов по m строкам и п столбцам.

Массив m к п кодов с выхода аналого-цифрового преобразователя поступает на вход блока 4 сокращения избыточности по строкам и столбцам. На

другие входы блока 4 сокрагцения избыточности поступают компоненты ос- 1овного, дополнительного и единичного наборой коэффициентов с выхода формирователя 7 коэффициентов регрессионного сжатия по строкам с частотой следования элементов массива в строках и компоненты основного, до0 полнительного и единичного наборов коэффициентов с выхода формирователя 8 коэффициентов регрессионного сжатия по столбцам с частотой следования строк в массиве. Компоненты на5 боров коэффициентов представляют собой фиксированные числовые .константы, необходимые для осуществления регрессионного сжатия двумерного массива информации. Основной, дополнительный

0 и единичный наборы по строкам содержат п числовых констант каждый, причем компоненты основного набора вычисляются как i )/2, где i - номер компоненты, i 1,2,..,п;

5 компонента дополнительного набора определяется как разность квадрата соответствующий компоненты основного набора и суммы квадратов значений всех компонент основного набора, по-

0 деленной на п, компонента единичного набора равна единице. Основной, дополнительный и единичный наборы по столбцам содержат m числовых констант каждый, причем компоненты основного набора вычисляются как j -(m+l)/2, где j - номер компоненты, j l,2,,,,m; j-я компонента дополнительного набора определяется как разность квадрата соответствую-

0 щей компоненты основного набора и суммы квадратов значений всех компонент основного набора, поделенной на т, компонента единичного набора равна единице,

5 Компоненты наборов по строкам поступают на входы блока сокращения избыточности с той же дискретностью во времени, с которой поступает информация с выхода аналого-цифрового

0.преобразователя, или с частотой поступления элементов массива в строке, а компоненты наборов по столбцам поступают на входы блока сокращения избыточности с дискретностью во врес мени в п раз меныпе, чем компоненты наборов по строкам, или с частотой поступления строк массива.

Блок 4 coKpaiueHHM избыточности обеспечивает преобр.г онание m п

5

компонент входного двумерного массива, п компонент основного набора по строкам, п компонент дополнительного набора по строкам, п компонент единичного набора по строкам, m компонент основного набора по столбцам, in компонент дополнительного набора по столбцам, m компонент единичного набора по столбцам в шесть числовых элементов выходного массива, используя которые, можно восстановить исходный массив m п элементов. Точность восстановления исходного массива будет зависеть от размерности массива и информационных характеристик сжимаемого сигнала. Значения компонент по строкам и столбцам определяются только размерностью массива исходных данных и не зависят от эначе- чий измеряемого сигнала.

Элементы- выходного массива с выходов блока А сокращения избыточности поступают на вход блока 6 памяти. Блок 6 памяти принимает шесть числовых элементов выходного массива от блока 4 сокращения избыточности после поступления всех m п элементов исходного массива. Элементы исходно- го массива могут представлять фрагмент или подмассив более обширного , двумерного поля данных. В этом случае оперативное запоминающее устройство выполняет функцию буферного зап минающего устройства, осуществляющего временное хранение передаваемой информации, необходимого для организации равномерной во времени последовательной передачи элементов выход- ного массива.

Блок 4 сокращения избыточности по строкам и столбцам работает следующи образом (фиг.2).

Элементы входного массива T;j, гд i - номер столбца,j - номер строки, поступают последовательно с выхода аналого-цифрового преобразователя на вход (I). На входы (2), (3) и (4) поступают с часто- той следования элементов входного массива в строке компоненты основного, дополнительного и единичного набров коэффициентов регрессионного сжатия по строкам, причем каждому эле- менту строки массива соответствует определеннля компонента каждого набора. На входьг (5), (6) и (7) поступают с частотой следования строк вхоного массива компоненты основного, дополнительного и единичного наборов коэффициентов регрессионного сжатия по столбцам, причем каждой строке массива соответствует определенная компонента каждого набора. На выходах (8)-(13) к моменту окончания поступления элементов входного массива T,-j формируются значения тести элементов выходного массива, представляющие сжатый образ исходной информации.

Блок 9 формирования элемента входного массива работает следующим образом (фиг.3).

На вход (IA) умножителя 10 поступают последовательно элементы входного массива Т ,-j , на вход (15) умножителя 10 и на вход (16) умножителя 1 1 - последовательно компоненты наборов коэффициентов регрессионного сжатия по строкам и столбцам. Умножитель 10 вьтолняет умножение элементов массива Т ц и компонент наборов коэффициентов регрессионного сжатия, поступающих на вход (15), в моменты времени, соответствующие дискретности поступления элементов в строках массива Т,, . Сумматор 12 выполняет суммирование чисел, поступающих с выхода умножителя 10, и накопление частичных сумм S:, j - l,2,...,m, произведений, соответствующих строкам массива Т ,- . Умножитель 11 вьтолняет умножение значений частичных сумм произведений S:, поступающих с частотой следования строк массива Т,- с выхода накапливающего сумматора 12, на значения компонент соответствующего набора коэ(1зфициентов регрессионного сжатия, поступающих на вход (16) блока 9 формирования элементов выходного массив

Умножение в умножителе 1I производится с частотой поступления значени частичных сумм произведений по строкам S . или с частотой поступления строк массива Тjj . Накапливающий сумматор 13 выполняет суммирование чисел, поступающих с выхода умножителя 11, и накопление итоговой суммы произведений.

Таким образом, на выходах блоков (фиг.2) формируются шесть чисел, представляющих собой сжатый образ исходного двумерного массива информации .

9

Формула изобретени

1,Устройство для сжатия двумерных массивов информации, содержащее блок сокра1цения избыточности по стро кам и столбцам и синхронизатор, управляющий выход которого соединен с синхровыходом устройства, информационный вход которого соединен с первым информационным входом блока сок- ращения избыточности по строкам и столбцам, отличаю П1ееся

тем, что, с целью сокращения избыточности передаваемой информации, в него введены формирователи коэффицЯ- ентов регрессионного сжатия по строкам и столбцам, первый, второй и третий выходы которых соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым, шестым, седьмым инфор- мационными входами блока сокращения избыточности по строкам и столбцам, с первого по шестой информационные выходы которого соединены соответственно с первого по шестой информаци- онными выходами устройства, первый и второй счетные , выходы синхронизатор соединены со счетными входами формирователей коэффициентов регрессионного сжатия соответственно по строка и столбпам.

сжатия содержит блоки памяти основно- -аг тель. элементов выходного массива сого, дополнительного и единичного наборов коэффициентов регрессии соответственно и счетчик, выход которого соединен с адресными входами блоков памяти основного, дополнительного и единичного наборов коэффициентов регрессии, выходы которых соединены соответственно с первым, вторьм и третьим информационными выходами формирователя, счетный вхо которого соединен со счетным входом счетчика.

О

информапионными пыходами блока, первый информационный вход которого соединен с первыми информационными входами с первого по шестой формирователей элементов выходного массива, второй информационный вход блока соединен с вторым информационным входом четвертого формирователя элементов выходного массива, третий информационный вход блока соединен с вторыми информационными входами второго и третьего формирователей элементов выходного массива, четвертый инфор- мационньй вход блока соединен с вторым информационным входом первого формирователя элементов выходного массива, пятый информационный вход блока соединен с третьим информационным входом третьего формирователя элементов выходного массива и вторым информационным входом пятого формирователя элементов выходного массива, шестой информационный вход блока соединен с вторым информационным входом шестого формирователя элементов выходного массива, седьмой информационный вход блока соединен с третьими информационными входами первого, второго, четвертого, пятого и шеЬтого формирователей элементов выходного массива.

А. Устройство по п.З, о т л и - чающееся тем, что формирова0

5

0

держит два умножителя и два накапливающих сумматора, выход произведения первого умножителя соединен с входом первого накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом первого множимого второго умножителя, выход произведения которого соединен с входом второго накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным выхо-( дом формирователя, первый информационный вход которого соединен с входом первого множимого первого умножителя, вход второго множимого которого соединен с вторым информационным входом формирователя, третий информационный вход которого соединен с входом второго множимого второго умножителя.

Фиг.1

Фиг. 2

Ф(уг.1

фиг. If