Устройство для сжатия данных Советский патент 1982 года по МПК H04L25/16 H04J3/00 

(St) УСТРОЙСТВО для СЖАТИЯ ДАННЫХ

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в многоканальных системах передачи данных с временным разделением кана лов и кодово-импульсной модуляцией для определения статистических характеристик телеметрируемьх параметров. Известно устройство для сжатия и передачи данных в многоканальных системах телеизмерений, ссзд ержащее входной регистр текущего отсчета, входной элемент ИЛИ, блок вентильных элементов, соединенный с выходами блока синхронизации, блок памяти считывающий вход которого соединен с №1чита1ацим входом входного счетчика заполнения памяти, и выходной регистр, соединенный с информационным выходом блока памяти I Однако известное устройство об радает невысоким коэффициентом сжатия при передаче данных о быстроменяющихся измеряемых параметрах, а также |низкими быстродействием и помехо:защищенностью передаваемых сжатых данных. Цель изобретения - повышение степени сжатия при передаче данных о быстроменяющихся йзмеряекшх параметрахПоставленная цель достигается тем, что в устройство для сжатия данных в многоканальных системах телеизмерений, содержащее входной регистр т е куще го от счет а, входной элемент ИЛИ, блок вентильных элементов, соединенный с выходами блока синхронизации, блок памяти, считывающий вход которюго соединен с вычитающим входом входного счетчика заполнения памяти, и выходной регистр, соединенный с информационным выходом блока памяти, введены блок ранжирования отсчетов, блок усреднения кодов порядковых статистик, блок элементов ИЛИ,счетчик числа реализации и счетчик отсчетов, вход которого соединен с управляющим выходом входного регистра текущего отсчету, выход которого соединен с информационным входом блока ранжирования отсчетов, выходы которого сс еДинены с информационными входами блока усреднения кодов порядковых статистик, при этом управляющий вход блока ранжирования отсчетов соединен с вы);одом счетчика отсчетов к суммирующим входом счетчика числа реализаций, управляющий выход которого соединен со вторым, входом входного элемента ИШ, третий и четвертый входы которого уединены соответственно с управляющим выходом выходного счетчика заполнения памяти и упра8ля|рщим выходом блока усреднения кодов порядковых статистик, управлйющий вход которого соединен с шйходом элемента ИШ и с управляющими входами блока синхронизации и счетчика числа реализаций, выход которого соединен с дополнительным входом блока усреднения кодов порядковых статистик, информационные выходы и дополнительный выход которого соединены с другими входами блока вентильных элементов, выходы которого соединены с входами блока элементов ИЛИ, информационный выход соединен с записывающим входом блока памяти, а управляющий выход соединен с суммирующим входом входного счетчика заполнения памяти, Кроме того, блок усреднения кодов порядковых статистик содержит буферный регистр и элемент ИЛИ, входы которого соединены с управляющими выходами сумматоров, информационные входы и выходы которых являются информационными входами и выходами бло ка усреднения кодов порядковых статистик, дополнительным входом и выхо дом которого являются вход и выход буферного регистра, причем синхронизирующие входы считывания сумматоров соединены между собой и являются управляющим входом блока усреднения ко дов порядковых статистик, управляющим выходом которого является элемента ИЛИ, при этом к выходам соответствующих сумматоров подключен выходные делители кодов, другие входы которых соединены с выходами бу ферного регистра. На фиг, I представлена общая струк турная электрическая схема устройства; на фиг. 2 и 3 - варианты выполнения блока усреднения кодов порядковых статистик; на фиг. 4 - таб лица, иллюстрирующая выигрыш по коэффициентам сжатия. Устройство содержит входной регистр 1 текущего отсчета, блок 2 ранжирования отсчетов, счетчик 3 отсчетов, блок k усреднения кодов порядковых статистик, счетчик 5 числа реализаций , входной элемент ИЛИ 6, блок 7 вентильных элементов, блок 8 синхронизации, блок Э элементов ИЛИ, блок 10 памяти, входной счетчик 11 заполнения памяти, выходной регистр 12. Блок (фиг. 2 и З) усреднения кодов порядковых статистик, содержащих элемент ИЛИ 13 набор сумматоров 1, буферный регистр 15, набор выходных делителей 16 кодов На вход устройства могут поступать информации от одного или нескольких Источников информации. При наличии одного источника информации (например, датчика быстроменяющегося процесса) реализация измеряемого процесса в ходе работы устройства разбивается на К сегментов (участков) по N отсчетов в каждом Ранжирование (упорядочение) отсчетов по величине проводится в пределах каждого сегмента. При наличии нескольких источников информации на вход устройства поступают реализаций одного и того же измеряемого процесса по Л/ отсчетов в каждом. В этом случае ранжироеан е отсчетов по величине производится в пределах каждой реализации. Необратимое сжатие осуществляется за счет передачи и/или регистрации вместо исходной последовательности отсчетов стационарного процесса x(t) или К реализаций сегментов процесса нескольких осредненных по К реализациям сегментам, кодов порядковых статистик облада1бщих свойством сходимости к квантилю Хр соответствующего уровня вероятности Р и позволяющих потребителю информации определить конечный результат . измерения в &ще набора статистичесЮ4Х характеристик (функции распределения, дисперсии, математического ожидания и других). Устройство работает следующим образом. Текущие отсчеты x(t.) процесса x(t) поступают на входной регистр 1 текущего отсчета, а затем записыва59ются в блок 2 ранжирования отсчетов. При этом содержимое счетчика отсчетов увеличивается на единицу с каждым новым отсчетом. По мере накопления в блоке 2 заданного количества N отсчетов процесса произ водится их ранжирование (упорядочивание по величине). Когда содержимое счетчика 3 достигает фиксированното предельного значения N-сигнал, с выхода счетчика 3 поступает на вход счетчика 5 реализаций (увеличивая содержимое его на единицу), а также на управляющий вход блока 2 ранжирования. По данному сиг.налу с выхода блока 2 ранжирования на входы блока k усреднения кодов порядковых статистик ПС поступает ранжированный по амплитуде ряд значений х(Юу. 1 . (R.-1)K Ш)К Cft+1)(N)fc элементы которого являются порядковыми статистиками х., где Я - ранг элемента ряда (порядковый номер), а К - номер реализации сегмента, В блоке k производится сл(кение предшествующей суммы|. XRj соответ ствующей порядковой статистики, полученной по (К-1) сегментам или реализациям с текущим К-ым значением порядковой статистики. ЧГ/,) Такая операция суммирования производится для каждой из порядковых статистик. Из двух возможных способов суммирования (последовательного и параллельного) предпочтение следу ет отдать параллельному (фиг. 2) ввиду увеличения быстродействия устройства. В этом случае N операций сложения производится параллельно в каждом из сумматоров 1 блока k. Количество сегментов (реализаций К подсчитывается в счетчике 5 реали заций, и, достигнув величины , поступает с выхода счетчика,5 на слу жебный (дополнительный) вход блока усреднения кодов порядковых статистик. Для предпочтительного варианта устройства (фиг. 2) число посту ет на буферный регисто -15. Кроме то с управляющего выхода счетчика 5 чи ла реализаций управляющий сигнал, про дя элемент ИЛИ 6, поступает паралле но на управляющие входы блоков , 5 6 и 8. По данному сигналу происходит обнуление счетчика 5, а в блоке осреднение соответствующих сумм порядковых статистик (деление сумм на число реализаций) у -i4v -1у 1 С1)- )j icVi) i - tj ) Полученные таким образом коды сред-т них порядковых статистик 0).(1) .R-i)(.RV tR-H-)---5 () поступают на N входов блока 7 вентильных элементов, а на дополнительный N+1-ый вход блока 7 поступает код с выхода блока h буферного регистра 15 Для вариантов фиг. 2 и 3 . В это время на выходе блока 8 в соответствии с программой измерений формируется управляющий сигнал (двоичный код),поступающий на входы вентильных злементов блока 7. Таким образом, на все вентильные менты поступит сигнал О и 1 (со- ответствующий разряд N-t-1-разрядногоуправляющего слова). При единичном сигнале на управляющем входе вентильного элемента, последний открывается и пропускает поступиииую на его информационный вход информацию (в данном случае среднее значение соответствущей порядковой статистики). При нулевом сигнале вентильный эле- мент остается закрытым и не позволяет пройти коду поступающему на его информационный вход. Таким образом, управляющий код блока 8 и блок 7, вентильных элементов формируют массив (объем) данных, подлежащих передаче и представляющих собой информацию о Кг-М реализациях, измеряемого процесса (по отсчетов кащая) или о К-М сегментах одной реализации процесса общей длиной в M-N отсчетов. Например, если открыты лишь первый и последний N вентильный элементы, то передаются лишь осредненные крайние порядковые статистики ) Для потребителя данных на приемной стороне системы измерений они несут информацию о статистических характеристиках измеряемого процесса x(t) о среднем значении ) о среднеквадратицеском отклонении 9((Ю () где 9 - умножитель, О о границах .x и ширине нвпараметрйческого толерантного, интермяа jF(Ua).f(u,J, -g , 1/ vVl-4 r H4)),)|iHH% , . заключавцегося в ce6ie генерал ной совокупности с вероятностью Хц, Vi4 -х а FC/ - функ .где to. ция распределения. Если открыты лиш любые два вентильных элемента, отстоящих от краев на jf элементов, to аналогичная й «| орМация для потребителя (с другой лишь погрешностью) представляется в виде « ItxiN-Hiy- u)); в()-(1); где t{Le.; Ui); - гранит и ширина непараметрического толерантного инпврвала, заключающего В себя по крайней мере генеральной .(ровоКупИости с вероятностью )Vp i-Х1Ы) Ibli P )где (Ш Если of 1фыт лишь один центральный (Ц) элейент блока 7 то потребитель получает информацию лиш О среднем значений процесса медиане, распределения (y, переедается все среднее п6рядкрвые статистики Х,..;2,.:.;Х-,,.,.Д,...;)г . ){1)- Cft) то потребитель данных располагает информацией о функции распределения процессе в каждой точке 1%) а также о среднем значении rtiy средне каадратическом отклонении G экспрес се, коэффи)91енте асимметрии и о любом телерантном интервале L2.i Ц1 При этом оценки Их б )1 могут быть получены различными способами (3), (4) (6), (7), (Э) что особенно важно при наличии сбоев в канале передачи .и искажения некоторых значений (кодов) ряда (10)Перед .поступлением данных, подлежащих передаче и прошедших блок 7, в канал передачи (на выход устройства ) они проходят блок 9 элементов ИЛИ и поступают в блок 10 памяти. При этом содержимое счетчика заполнения увепи1 1аается на количест- . во KqnoB, поступивших ,в блок 10 памя V , уппашпл ,a VIIVK. lu ггам ТИ. Б/10К 10 памяти может рассматриааться как регистратор измерительаяткло uai/ погыг-гпят1- п uiMonuTonk- ной информации (долговременная память) и как буферная память для согласования скоростей сбора (получения) информации со скоростью передачи в канале связи. 8 обоих случаях считывание информации из блока 10 памяти производится черед выходной регистр 12 при наличии на синхронизирующем входе блока сигнала, поступаюа его с Первого синхронизирующего входа устройства и определяющего реЖим и скорость считывания данных С каждым тактовым импульсом считыба 4ия, пЬступающим параллельно на синхровход считывания блока 10 памяти и на вычитающий вход счетчика 11, содержимое последнего уменьшается на единицу. Сигналы переполнения или -опустоиения счетчика 11, формируемые на управляющем выходе счетчика И, служат для дополнительного управления потоком данных, вырабатываемых устройством, и подлежащих передаче и/или регистрации. Перезапись выходной информации блока 4 и счетчИка 5 числа рёали-; заций в блок 10 памяти возможна кроме рассмотренного выше случая, когда число к реализаций (сегментов) в : счетчике 5 достига.ет заданного значения, , в трех случаяхо По синхросигналу, поступающему ЧЗвне устройства на его второй синхронизирующий вход и соответственно на второй вход элемента ИЛИ 6, 11о сигналу п еполнения разрядной сетки какого-либо из сумматоров 14 блока it, данный сигнал с управляющего выхода блока 4 поступает на третий вход элемента ИЛИ 6. По сигналу опустошения блока 10 памяти. Поступающего с управляющего выхода счетчика 11 заполнения на третий вход элемента ИЛИ 6. В каждом из этих случаев сигнал, пройдя Элемент ИЛИ 6, поступает на.управляющий вход счетчика 5 реализаций и блока i и заставляет перепис содержимое блоков и 5 в блок 10 через блоки 7 и 9. Назначение трех дополнительных жимов считывания информации из бло ков Ц и.5 следующее. Первый режим предназначен для о ществления регулирования интенсивности потока данных и, следователь но, степени заполнения блока 10 па ти по внешней команде. Второй режим предназначен для предотвращения искажений данных при подсчете сумм вида 1 в разулвтате переполне ния разрядной сеткио Третий режим предназначен для предотврацения оп тошения блока памяти, нежелательно ар время сеансов передачи данных, поскольку передача нулей при опустошении памяти приводит к снижеHVHO эффективности систем со сжатием данных. При наиболее простом варианте выполнения блока k (фиг. 3), на выход устройства вместо осредненнак порядковых статистик 5(, пост пает Тот или иной набор величин из ряда величин Xg , определяемых сл дующим образом Ч - ч- V . ti -ОЗ ) 4N)-j,tNlJ, т.е. передаются неосредненные сумм порадковых статистик. Это позволяет обойтись без выходных делителей 16, достаточно сложных по сравнени с блоками 1. Однако при этом обязательной передаче подлежит величина К, равная числу сегментов (ил реализаций) и необходимая для осуществления операции осреднения сум 12 потребителем информации на приемной стороне системы Я - - к - iv 1л te (4) ) )-5 : 1 CR) Поскольку В общем случае передаваемые данные состоят из пакетов по нескольку чисел (кодов), упорядоченных по величине 10 и разделенных числом К, то монотонность изме нения .величины кодов Y «7 Х л) cij 1) ;; CW IN-1(H) может быть использована для обнару ния и исправления после передачи ВОЗМОЖНЫХ ошибок, вносимых каналом связи. Исправление сшибок передачи сжатых данных в известном невозмож но без применения дополнит ел ьнь1Х приемов помехоустойчивого кодирования. Коэффициент сжатия данных K..L определяемый отношени ем объема вход- ных данных устройства Т к объему выходных данных Т ВЬ)Х Вых И зависит для предлагаемого устройства Только от величины N и М, Последние определяются из условий качественного решения задачи и могут адаптивным образом изменяться в устройстве при измерениях, передаче и регистрации. Величина N определяет потребное число квантилей для определения функции распределения f процесса и других статистических характеристик, а величина М определяет (совместно-с N) погрешность определения статистических характеристик. В таблице приведена величина Т среднего выигрыша по коэффициенту сжатия К случае применения предлагаемого устройства .т.е. КСЖ , ГоГ орот где А - величина допустимой погрешности восстановления процесса. Данные таблицы получены методом статистических испытаний при моделировании на ЦВМ алгоритмов работы стройства и прототипаи входных стационарных процессов. Проверка величин -у на реальных измеряемых процессах подтвердила правильность полученных закономерностей таблицы. Предлагаемое устройство позволяет в значительной степени повысить коэффициент сжатия данных и снизить требования к полосе частот канала связи при измерении быстроизменяющихся процессов. Формула изобретения 1. Устройство для сжатия данных в многоканальных системах телеизмерений, содержащее входной регистр текущего отсчета, входной элемент ИЛИ, блок вентильных элементов, соединенный с выходами блока синхронизации, блок памяти, считывающий вход которого соединен с вычитающим входом входного счетчика заполнения памяти и выходной регистр, соединенный с ин формационным выходом блока памяти, отличающееся тем, что, с цельк повышения степени сжатия при передаче данных о быстроменяющихся измеряемых параметрах, введены блок ранжирования отсчетовj блок усреднени кодов порядковых статистик, блок элементов ИЛИ, счетчик числа реализа ций и с.четчик отсчетов, вход которого соединен с управляющим выходом входного регистра текущего отсчета, выход которого соединен с информационным входом блока ранжирования отинформационными входами блока усреднения кодов порядковых статистик, пр этом управляющий вход блока ранжирования отсчетов соединен с выходом счетчика отсчетов и суммирующим входом счетчика числа реализаций, управлящий выход которого соединен вторым входом входного элемента ИЛИ третий и четвертый входы которого соединены соответственно с управляющим выходом входного счетчика заполнения памяти и управляющим выходом блока усреднения кодов порядковых статистик, управляющий вход которо.го соединен с выходом элемента ИЛИ и с управляющими входами блока синхронизации и счетчика числа реализаций, выход которого соединен с дополнительным входом блока усреднения кодов порядковых статистик, информационные выходы и дополнительgf12 иый выход которого соединены с другими входами блока вентильных элементов, выходы которого соединены с входами блока элементов ИЛИ, информационный выход которого соединен с записывающим входом блока памяти , а управляющий выход соединен с суммирующим 13ХОДОМ входного счетчика заполнения памяти. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, блок усреднения кодов порядковых статистик содержит буферный регистр и элемент ИЛИ, входы которого соединены с управляющими выходами сумматоров, информационные входы которых являются информационными входами блока усреднения кодов порядковых статистик, дополнительными входом и выходом которого являются вход и выход буферного регистра, причем синхронизирующие входы считывания сумматоров соединены между собой и являются управляющим входом блока усреднения кодов порядковых статистик, управляющим выходом которого является выход элемента ИЛИ, при этом к выходам соответствующих сумматоров подключены выходные делители кодов, другие входы которых соединены с выходом буферного регистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 531158, кл. G 06 F 15/00, 1976 (прототип).

.