Устройство для адаптивного кодирования стационарных случайных процессов Советский патент 1980 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к области автоматических систем управления и контроля и предназначено для сокращения избыточности при кодировании стационарных случайных процессов. Для оптимального кодирования случайных процессов с заранее неизвестными областями изменения их значений исполь зуют устройства адаптивного кодирования, в которых число уровней квантования, независимо от диапазона изменения входной случайной величины, остается постоянным |и минимальным в соответствии с требуемой точностью, а за счет адаптации автоматически изменяется цена деления, Это позвол$Гет сократить избыточность в результатах кодирования, сохранить постоянство проведенной погрешности квантования при изменении диапазона флуктуации процессов в широки-х пределах: сократить аппаратурные и времен- :ные затраты на дальнейшую статистическую обработку (определение коррелгяционНОЙ функции, плотности распредапения и т.д. ). Известно устройство адаптивного ко- дирования с прогнозированиэм l. Это устройство требует априорного знания характеристик кодируемого процесса (что не всегда известно) или введения в схе- прогнозир5тощего . устройства, вызь$ваюшего большие аппаратурные затраты. Наиболее близким по с.хемз и технической сущности является устройство 2 адаптивного кодирования с самонастройкой параметров по статистическим оценкам кодируемого процесса, которое содержит ахемы статистической оценки математического ожидания, и среднеквадратического отклонения, коммутатор, сумматор, аналого-цифровой преобразователь и блок, управления, причем на входе устройства включены схемы статистической оценки подсоединенные к коммутатору и сумматору, выходы которых соединены со входами аналого-цифровогопреобразователя. Известное устройство имеет малую точность и аппаратурную сложность в связи с тем, что аналого™ вые по принципу действия схемы статист тической оценки математического ожида НИИ и среднеквадратического от1 лонения обладают большой погрешностью и являются сложными устройствами. Целью зобретения является повышение точности адаптивного кодирования. Это достигается тем, что в устройство для адаптивного кодирования, содержащее сумматор, аналого-цифровой преобразователь, вход которого является аходом устройства, а выход подключен к первой группе аходов коммутатора, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу аналого-цифрового преоб разователя. Введены блок статистичес- кой оценки максимума и блок статистической оценки минимума процесса, блок ивменения масштаба и дополнительный коммутатор, первая группа аходов которого подключена к соответствующим выходам сумматора, выходы старших ра рядов которого подключены к соответствующим входам блока изменения масш таба, выходы .которого соединены соответственно со второй группой аходов дополнительного ком.мутатора, управляющий аход которого соединен с третьим входом блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим ьходом блока изменения масштаба, вььхода аналого-цифрового преобразовате ля подключены к соответствующим ахо™ дам блоков статистической оценки максимума и минимума процесса, выходы которых соединены соответственно со второй группой входов коммутатора и с первой группой входов сумматора, вторая группа входов которого подключена к соответствующим выходам коммутатора. Повьциение точности адаптивного код РОБИНИЯ обеспечивается тем, что источник сигишха соединен непосредственно с аналого-цифровым преобразователем, а все остальные блоки включены на выходе аналого-цифрового преобразователя, дискретные по принципу действия и погрешности не внсжят. Принцип действия описываемого устройства иллюстрируется фиг, 1, где показаны врамеаные диaгpalvE льI и .фиг 2 где приведена структурная схема устройства. Процесс адаптивного кодирования состоит из двух циклов: цшша адаптации (длительностью Т) и цикла адаптивного кодирования или измерения (длительностьюТц), Стационарный случайный процесс XCfc) представляется на выходе аналого-цифрового преобразоватат;я Ц- разрядным двоичным кодом. В цикле адаптации производится статистическая оценка минимума и максимума по которым определяется диапазон флюктуации кодируемого процесса (pa3iviax), как разность значений ( ) а также код масштаба 1А ( 1 двоичных разрядов) цены деления, В зависимости от величины кода масштаба М (на фиг 1 ) осуществляется перестройка схемы таким образом, что к выходу адаптивного устройства кодирования подключаются, 5 двоичных разрядов () из fi-разрядного представления величины размаха, начиная со старшего /значащего разряда-. Это приводит к изменению цены деления Д. ) устройства адаптивного кодирования при постоянной разрядности представления результата адаптивного кодирования. Величина цены деления связана с масштабом М соотношением Значение при этом запоминается в специальном регистре, В цикле адаптивного кодирования (измерения) производится аналого-цифровое преобразование входного сигна ш XW и из полученного кода ( VI разрядов) каждой :ординаты i вычитывается значение Xvniti ( h --разрядов) определенное в цикле адаптации. При этом получаются значе ния ординат нового смешенного случайногб Г1роцесса YC-t) ; Полученные ординаты представляются на выкоде устройства адаптивного кодирования S-разрядным двоичным кодом с ценой деления соответствующей определенному в цикле адаптации масштабу М, Число разрядов 5 выбирается в соответствии с требуемой точностью измерения. В результате адаптивного кодирования на выходе устройства образуется массив значений выборок стационарного случайного процесса. Z( i. ) определяемых след тощик образом: - V; AM ) о М Очевидно, что восстановить исходны случайный процесс можно в соответств с (4): )(. + Х .(4) На фиг, 2 представлена блок-схема устройства содержащая аналого-цифров преобразователь 1, блок 2 управления блок 3 статистической оценки максиму ма,блок 4 статистической оценки мини мума коммутатор 5, сумматор 6, блок изменения масштаба дополнительный коммутатор 8. Кодируемый стационарный случайный процесс .X (k) поступает на нход Иразрядного аналого-цифрового преобразователя 1. Блок 2 управления формирует - тактовый импульсы, по которым аналого цифровой преобразователь вырабатьшает ординаты-Х В цикле адаптации блоки статистической оценки максимума и 4 минимума определяют значения X за время адаптации TQ . По , окончании TO блок 2 управления вырабатывает управляюЕщй импульс, по кот рому со схемы 3 через коммутатор о на сумматор 6 поступает значение мак симума Ч JYXQ. В сумматоре 6 из последнего вычитается значения минимума поступающее на сумматор с блока 4. На выходе сумматора 6 образуется величина, равная диапазону флук туации кодируемого процесса X(-t) (размах). Ог.аршие ( П - S ) разрядов размаха поступают на вход блока 7 изменения масштаба. На выходе блока образуется код масштаба М, Если во асах ( ti-,5 ) .старших разрядах кода размаха на выходе сумматора 6 сигнал логического О, то . Если логическая 1 имеется только в )м разряде, то М-1. Если логическая 1 имеется в ()-м разряде, причем состояние (5+1)-го разряда безразлично то М 2 и т.д. Очевидно, что общее количество масштабов равно (Vl-S+l). В соответст вии с определенным значением код,а масштаба М, поступающим с блока 7 изменения масштаба, на выход дополнительного коммутатора 8 подключаются S разрядов h -разрядного двоичного ко76да с выхода сумматора 6 следующим образом: при М О (avianaooH флуктуации . X.Ct) M9 ibJi:e 2 ) на выход KovLviyTaтора 8 подключаются от 1 до s-ro младшего разряда с выхода сумматора 6, при Ml 1 (д и пазон флуктуации X ( t ) меньше 2 ) на выход коммутатора 8 подключаются от 2-го до ( S+l)-ro младшего разряда с выхода сумматора 6 и т.д. На этом цикл адаптации заканчивается В цгаше адаптивного кодирования выход аналого-цифрового преобразователя 1 через коммутатор 5 соединяется со аходом сумма- тора 6. В каншом такте аналогоцифрового преобразователя на:выходе сумматора 6 образуется разность между текущими ординатами Х.-{ и значением v минимума Х тцпрпределенного в цикле адаптации. Эта разность на выходе сумматора 6 представляется на выходе коммутатора 8 в виде в соответствии с (3). Таким образом, независимо от диапа- зона флуктуации кодируемого процесса X ( t) результат адаптивного кодирова- ния I представляется в соответствии с (3) S -разрядным двоичнык кодом. Кроме того, на выходе устройства адаптивного кодирования представлены значение Xwi-in ( П -двоичных разрядов) и код масштаба (К-двоичнььх разрядов), определяющий цену деления в соответствии с (1). Как указьшалось выше восстановить исходньй случайный процесс X (t: ) возможно в соответств ш с (4). , К преимуществам предложенного устройства следует отнести возможность использования в его схеме стандартных аналого-цифровых преобразователей, выпускаемых промышленностью, а также анапого-цифровых преобразователей любьрс физическах величин (электрических и неэлектрических), например угол-код. Последнее обстоятельство значительно расши-ряет области применения предлагаемого, устройства и выгодно отличает его от известных, предназначенных для адаптивного кодирования случайных процессов в виде электрического напряжання. Формула изобретения Устройство для адаптивного кодирования стационарных ел учайных процессов, содержащее сумматор, аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, а выход подключен к первой группе входов коммутатора, управляющий аход которого соединен с первым вько- ДОМ блока управления, второй вьгх.од которого подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя отличающееся тем, что, с целью повышения точности адаптивного кодирования, в устройство введень блок статистической оценки максимума и блок статистической оценки минимума, процесса, блок изменения к асщтаба и дополнительный коммутатор, первая группа входов которого подключена к соответствующим выходам сумматора, выходы старших разрядов которого подйлючены к соответствующим аходам блока изменения масштаба, выходы которог соединены соответственно со второй гру пой входов дополнительного коммутато- ра, управляющий вход которого соединен (t} С третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим входом блока изменения масштаба, выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к соответствуюц-ШМ аходам блоков статистической оцещси максимума и минимума процесса, выходы которых соединены соответственно со второй группой входов кoм /Iyтaтopa и с первой группой входов сумматора, вторая группа входов которого подключена к соответствующим выходам коммутатора. Источники информации, во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР. № 293239, кл. GO6 F 15/36, 1971. 2,А, И, Галушкин, Ю, Я, Зотов, Юо А. Шикунов Оперативная обработка экспериментальной информации М,, Энергия, 1972, стр. 49-54.

.«Г/