Телеметрическая система со сжатием информации Советский патент 1993 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к информацией юй измерительной технике и может найти применение в различных автоматизированных системах сбора, обра- бо гки и передачи телеметрической информации.

Устройство предназначено для повышений точности восстановления сигнала на

пр

темной стороне при высокой динамк;:е

те/еметрируемого процесса при одноорс- ме-том сокращении информационного об- ме ш в телеметрической системе.

Целью изобретения является повышение точности-при высокой динамике геле- мегрируемрго процесса и повышение

КО„

ффициентз сжатия.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенной системы; на фиг.2 - раскрыта структура блока 3 управления передачей; кз фиг.З - структура блока 9 сжатия информации; на фиг.4 - структура блока 15 восстановления информации; на фиг.5 -организация буферной памяти блока 12.

Телеметрическая система (фиг. 1) содержит на передающей стороне коммутатор 1, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 управления передачей, делитель 4, элемент 5 контроля буферной памяти, блок G ключей, синхронизатор 7, элемент И 8, блок 9 сжатия информации, элемент 10 задержки, блок 11 кодирования адреса канала, блок 12 буферной гтамяти, на приемной стороне

00

ы

sl

со

Јх

ю

лок 13 выделения маркера кадра, блок 14 огический, блок 15 восстановления инфорации, блок 16 буферной памяти, цифроана- оговый преобразователь (ЦАП) 17, ронизатор 18, элемент ИЛИ 19, адресный егистр 20, элемент 21 задержки, коммутаор .22.

Блок 3 управления передачей содержит четчик 23, шифратор 24, дешифратор 25, блок 26 постоянной памяти (БПП). блок .27 лементов И, элемент сравнения 28, элеент ИЛИ 29, выход которого является первым выходом блока 3, первый, второй и инхронизирующий входы которого подключены соответственно к первой группе входов блока 27, к входам шифратора 24. входу счетчика 33, выходы которого через дешифратор 25 подключены к первым входам блока 26, второй вход которого соединен с входом счетчика 23, а выходы через первую группу входов элемента 28, ее первый, второй выходы - с входами элемента ИЛИ 29, выходы шифратора 24 через вторую группу входов блока 26. его выходы, вторую группу входов элемента 28. его третий выход соединены с вторым выходом блока 3 (фиг.2).

Блок 9 сжатия информации (фиг.З) содержит регистр 30, генератор 31, делитель 32, элемент И 33, первый вход которого подключен к второму входу регистра 30 и является управляющим входом блока 9, а второй вход- к выходу генератора 31, первый вход блока 9 соединен с первым входом регистра 30, выход, третий вход которого подключены соответственно к первому, второму входам делителя 32, выход которого является выходом блока 9, выход элемента И 33 соединен с третьим входом регистра 30.

Блок 15 восстановления информации (фиг.4) содержит элемент I/I 34, выход которого соединен с информационным входом регистра 35, выходы которого через дешифратор 36 подключены к выходам блока 15, первый вход которого соединен с первым входом элемента И 34 и единичным входом триггера 38, вход О которого через элемент 37 задержки соединен с прямым выходом триггера 38 и входом чтение регистра записи которого является вторым входом блока 15, третий вход которого соединен с вторым входом элемента И 34.

Принцип работы устройства заключается в следующем,

В исходном состоянии на передающей стороне делитель 4 установлен в положение, соответствующее минимальному коэффициенту деления, на выходах элементов 5, блока 11 сигналы отсутствуют, синхронизатор непрерывно выдает импульсы, на приемной стороне непрерывно работает хронизатор 18, на выходах блока 14, 15, 20 отсут-. ствуют сигналы.

Для простоты описания работы устрой-

ства предположим, что вход коммутатора 1 в каждый момент времени подключен к одному датчику, который выдает непрерывный аналоговый сигнал. Под управлением синх- , ронизированных импульсов с второго выхо0 да синхронизатора 7, последние через делитель 4 управляют переключением коммутатора 1, подключая соответствующий датчик ко входу АЦП 2, который в соответствии с амплитудой входного сигнала под воз5 действием синхронизированного импульса со второго выхода синхронизатора 7 выставляет на свои выходы двоичную кодовую комбинацию, вес. которой соответствует амплитуде входного сигнала, и выдает ее в

0 параллельном виде одновременно в блок 3 и на информационные входы блока б ключей.

Блок 3 на основе сравнения модели те- леметрируемого процесса с его реализа5 цией в данный момент времени делает вывод о достоверности выборки, ее информативности и целесообразности занесения в блок 12 буферной памяти и одновременно управляет работой блока 6.

.0 Структура блока 3 представлена на фиг.2. Блок 3 в результате анализа и проводимой обработки поступившей кодовой комбинации выдает сигнал разрешения (запрета) с первого (второго) выхода, который

5 управляет выдачей через блок 6 кодовой комбинации в блок 9.

На синхронизирующий вход блока 3 (вход счетчика 23), соединенный с вторым входом блока 26, подаются синхроимпульсы

0 со второго выхода синхронизатора 7, на вторые, в качестве которых используются входы шифратора 24, - информация о заполнении блока 12 буферной памяти, на первые- очередное измерение в виде кодо5 вой комбинации с АЦП 2, которая с выхода последнего попадает на первые входы блока 27 элементов И, где в зависимости от состояния выходов шифратора 24 или проходит без изменения на вторые входы эле0 мента 28 для последующего сравнениями под воздействием сигналов запрета для младших разрядов уменьшается вес измерения, падающего на первые входы элемента 28, что эквивалентно изменению порога

5 информативности для формирования существенных выборок.

Таким образом, шифратор 24 и блок 27 элементов И, в зависимости от заполнения блока 12 буферной памяти, дополнительно регулируют шаг отсчетов, который стэнов 1тся тем больше, чем меньше свободной памяти остается в блоке 12. В противном случае при переполнении последней может п эоисходить бесконтрольная потеря отсче- тоо. Эта потерл тем более неприятна, что в пэинципе все отсчеты, прошедшие обработку, неизбыточны.

На первые входы элементов 28 подзет- си код, который в связи с тем, что привязан ко времени через синхроимпульсы, поступающие на вход счетчика 23 и на второй в;сод блока 26 со второго выхода синхронизатора 7, по сути дела является усредмен- нэй физической моделью измеряемого п зоцесса, созданной на основе имеющихся априорных данных, хранящихся в блоке 26. Дискретность опроса определяется разряд- н ютью и в общем случае состоянием выходов счетчика 23, состояние которых через дешифратор 25 определяет эдрес выдавае- м эй из блока 26 кодовой комбинации.

Результат сравнения в элементе 28 через элемент ИЛИ 29 (, ) в виде сигнала N в(.|дается на первый выход блока 3, а в виде сигнала N () - на второй выход.

Выставленная ранее на первые входы блока 6 кодовая комбинация проходит в блок 9 сжатия при наличии на первом общем входе блока 6 сигнала N. В блоке 9 производится обратимое сжатие данных. Д 1я сжатия используется аппарат сигнатурного анализа. Операция сжатия основывается на выполнении деления многочленов в пространстве дискретных полей с двумя возможными элементами. Последовательность двоичных данных, поступающих на входы блока 9 сжатия информации, представляется как многочлен соответствующей степени. Так, например, последователь- нрстьI I I I I I I записывается:

(р (х)х7+хв+х5+х4+х3+х2+х 1+х°

Для получения сигнатуры многочлена

х) необходимо р (х) разделить на много- ен р (х) меньшей степени, что может быть

9 чл

интерпретировано как

(р (х) гдр д(х) - целая-часть от деления,

р(х) - делитель,

S(x) - сигнатура (остаток от деления).

Передавая, в общем случае, целую часть д(х) и сигнатуру S(x), можно осуществить сжатие данных, так, если

р (х) - I I I I I II I

ир(х)1 I I I I,

то необходимо передать три элемента

9(:

вен:

)TOnS(x)1.

Коэффициент сжатия в этом случае Кс-МВх/Мвых 8/3 2-2/3.

где NBX - число двоичных единиц на в. : устроисгва сжатия,

,ых -- число двоичных единиц на его выходе.

5Искусственно закрепив позиции многочлена за опрашиваемыми параметрами так, чтобы результат деления при нормальной работе опрашиваемых датчиков всегда был больше единицы, можно считать, что при 0 cj(x) 1 из передающей стороне нештатная ситуация. А исходя из целевого предназначения аппарата сигнатурного анализа, одновременно можно контролировать саму аппаратуру сжатия и делать вывод о ее исп5 равности.

Описанный алгоритм может быть реализован по известным схемам деления с использованием дополнительного регистра и генератора (фиг.З). В блоке 9 данные в ре0 гистр 30 заносятся по переднему фронту импульса, поступающего на управляющий вход. Этот же импульс, поступающий со второго выхода синхронизатора 7, формирует временные ворота для генератора 31, кото5 рый выдает импульсы частоты на много большей, чем частота синхронизатора 7.

Одновременно с этим импульсы канальной частоты с первого выхода синхронизатора 7 выставляются на вход элемента И 8 и

0 вход элемента задержки 10. При отсутствии сведений об аномальности выборки (инверсный вход элемента И 8), импульс канальной частоты поступает на первый (информационный) вход блока 11, представ5 ляющий собой разрядный регистр сдвига. Таким образом, в младшем разряде блока 11 фиксируется символ 1, соответствующий данному каналу. Этот же импульс канальной частоты, проходя через элемент 10

0 задержки, производит сдвиг содержимого блока 11, освобождая младший разряд для прие-ма символа следующего какала.

После поступления канальных импульсов в описываемом блоке 11 записывается

5 полный позиционный код адреса каналов, который импульсом частоты опроса с выхода делителя 4 считывается в буферную память (блок 12), в Функции которого входит выдача сообщений в линию связи с равно0 мерной скоростью. Элемент 5 представляет собой дешифратор м, в зависимости от объема оставшейся свободной памяти в блоке 12, Формирует сигналы управления в дели- тель 4 на изменение коэффициента деления

5 и в блок 3 на формирование порога информативности для следующего измерения.

На приемной стороне полный телеметрический сигнал поступает одновременно в блок 13 выделения маркера и на третий вход блока 14. В блоке 13, работающем, например, по принципу селектора импульсов по их длительности, из полного телеметрического кадра выделяется сигнал маркера кадра, который поступает в хронизатор 18 и хронизирует его работу. С приходом каждого сигнала маркера кадра хронизатор 18 вырабатывает на своем третьем выходе стробирующий импульс с длительностью, равной длительности обобщенного позиционного кода адресов каналов, который поступает на первый вход блока 14, на второй вход которого поступают тактовые импульсы со второго выхода хронизатора 18. Блок 14 по третьему выходу реализует функцию:

Z B- A,

где А - состояние первого (информационного) входа блока 14,

В - состояние второго входа блока 14,

2 - состояние третьего выхода блока 14,

По второму выходу реализует функцию:

Х В А. где X - состояние второго выхода блока 14.

По первому выходу реализует функцию:

Y B- С, где С - состояние первого охода блока 14;

Y - состояние первого выхода блока 14.

По второму выходу блока 14 осуществляется запись & регистр 20 символов позиционного кода адресов, а тактовые импульсы через элемент ИЛИ 19 поступают на сдвигающий вход регистра 20, вызывая продвижение символов кода адресов в конец регистра. После окончания записи кода адресов в регистр 20 на стробирующем (втором) выходе хронизатора 18 прекращается действие управляющего импульса и далее блок 14 обеспечивает прохождение на свой третий выход информационных слов телеметрического кадра, которые через блок 15 восстановления попадают в блок 16.

После прекращения действия стробиру- ющего импульса на первом входе .блока 14, последний обеспечивает исключение ложного выталкивания разрядов кода адресов из регистра 20 через элемент ИЛИ 19, а также раскрывает-путь лохшой записи информационных слов в регистр 20, за счет реализации описанных ранее его функций. С этого момента сдвиг обобщенного позиционного кода адресов, занесенного ранее в регистр 20, производится канальными импульсами от хронизатора 18, поступающими через элемент ИЛИ 19. В результате сдвига сигналы разрядов кода адресов последовательно выталкиваются из регистра 20 и поступают на второй управляющий вход блока 16 через элемент 21 задержки. Наличие 1 в соответствующем разряде обобщенного позиционного кода адресов

определяет, что в телеметрическом кадре имеет место информационный код данного канала, выталкивание его из регистра 20 идентифицируется как импульс считывания

для блока 16. В результате его воздействия информационный код соответствующего канала поступает в ЦАП 17 и далее в форме аналогового сигнала с помощью коммутатора 22 направляется в нужный канал. Установка в исходное положение ЦАП 17 и переключение коммутатора 22 производится канальными импульсами с первого выхода хронизатора 18, опережающими импульсы считывания на время задержки в

элементах 19, 21 и регистре 20. В случае выталкивания из регистра 20 нуля соответствующему каналу, не несущему информационного кода в кадре, импульс считывания в блок 16 не выдается. В этом

случае ЦАП 17 и коммутатор 22 по канальному импульсу от хронизатора 18 срабатывают вхолостую. Так происходит прием и растягивание сжатого телеметрического кадра, которое позволяет с помощью циклического

коммутирования однозначно развести восстановленную информацию в аналоговом виде по соответствующим каналам.

Так как блок 15 восстанавливает результат после деления на постоянную величину

{используемый полином), то идентифицировать первоначальное состояние можно при помощи схемы на основе обычного дешифратора (фиг.4). При наличии стробирующего импульса на первом входе, информация в

виде последовательной кодовой комбинации проходит через элемент 24 на информа- .ционный вход регистра 35 и по тактовым импульсам записывается в последний. По заднему фронту стробирующего импульса

срабатывает триггер 38, формирующий сигнал чтение, и из регистра 35 кодовая комбинация в параллельном виде поступает на входы дешифратора 36, Одновременно с прямого выхода триггера 38 единичный сигнал через элемент 37 задержки сбрасывает триггер 38 в состояние О, формируя, таким образом, короткий импульс для выдачи информации из регистра 35. С выхода дешифратора 36 кодовая комбинация попадает на

входы блока 16.

Таким образом, при высокой динамике телеметрируемого процесса достигается повышение точности восстановления сигна- ла на приемной стороне путем изменения порога информативности для очередной выборки, который дополнительно учитывает объем оставшейся свободной памяти на передающей стороне.что эквивалентно устра- нению дефекта пропадание пачки

j импульсов (например, при переполнении I блока 12 буферной памяти). i При этом, за счет использования arina- I рата сигнатурного анализа при сжатии дан- |ных, одновременно значительно I сокращается информационный обмен в телеметрической системе.

Формула из об р е т е н и я 1. Телеметрическая система со сжатием информации, содержащая на передающей стороне коммутатор, информационные входы которого являются информационными входами передающей стороны системы, выход соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, синхронизатор, первый вход которого через элемент задержки соединен с первым входом блока кодирования адреса канала и непосредственно с прямым входом элемента И, выход которого подключен к второму входу блока кодирования адреса канала, выход которого соединен с первым входом блока буферной памяти, второй вход которого соединен с выходом блока сжатия информации, управляющий вход которого подключен к второму выходу синхронизатора, первый выход блока буферной памяти соединен с каналом связи, на приемной стороне блок выделения маркера кадра, вход которого соединен с каналом связи, выход подключен к входу хронизатора, первый выход которого соединен с тактовыми входами цифроаналогового преобразователя, коммутатора и первым входом элемента ИЛИ. выход которого подключен к первому входу адресного регистра, второй выход хронизатора соединен с первым управляющим входом блока буферной памяти, выходы группы которого через цифроаналоговый преобразователь подключены к информационным входам коммутатора, выходы которого являются выходами приемной стороны системы, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности при высокой динамике телеметрируемого процесса и повышения коэффициента сжатия, в систему введены на передающей стороне блок ключей, элемент контроля буферной памяти, блок управления передачей и делитель, выход которого соединен с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, коммутатора и третьим входом блока коди- эования адреса канала, второй выход синх- эонизатора подключен к первому входу целителя и к синхронизирующему входу элока управления передачей, первый выход

которого соединен с первым входом ключей, второй выход - с его вторым входом и инверсным входом элемента И, выход аналого-цифрового преобразователя соединен

5 с первым входом блока управления передачей и информационными входами блока ключей, выход которого подключен к входу блока сжатия информации, второй выход блока буферной памяти через элемент кон0 троля буферной памяти соединен с вторыми входами делителя и блока управления передачей, на приемной стороне логический блок, элемент задержки и блок восстановления информации, первые входы которого и

5 логического блока соединены с третьим выходом хронизатора, второй выход которого подключен, к вторым входам логического блока и блока восстановления информации, выходы группы которого подключены к вхо0 дам группы блока буферной памяти, второй управляющий вход которого через элемент задержки соединен с выходом адресного регистра, первый выход логического блока соединен с вторым входом элемента ИЛИ,

5 второй вход адресного регистра подключен к второму выходу логического блока, третий выход которого подключен к третьему входу блока восстановления информации, третий вход логического блока объединен с входом

0 блока выделения маркера кадра.

2.Система по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что блок сжатия информации содержит регистр, делитель, элемент И и генератор импульсов, выход которого соединен с пер5 вым входом элемента И, второй вход которого и первый вход регистра объединены и являются управляющим входом блока, второй вход регистра является входом блока, выход соединен с первым входом делителя,

0 второй вход которого и управляющий вход регистра объединены и подключены к выходу элемента И, выход делителя является выходом блока.

3.Система по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я 5 тем, что блок восстановления информации

содержит регистр, дешифратор, триггер, элемент задержки и элемент 11, первый и второй входы которого являются первым и третьим входами блока, выход соединен с

0 информационным входом регистра, первый вход которого является вторым входом блока, выходы группы подключены к входам дешифратора, выходы которого являются выходом блока, первый вход триггера обье5 динен с первым входом элемента И, выход соединен с вторым входом регистра и через элемент задержки со своим вторым входом.

ЯНв&ОШЭ &0МЭЛ(/1/

tfotowopaddu

ebciesi

J/

35

(pЈ/&3

.Ј

32

р#с.4

pv.5