Способ адаптивной временной дискретизации и устройство для его осуществления

 

1. Способ адаптивной временной дискретизации, заключающийся в том, xftj, что в начале каждого временного интервала дискретизации в момент снятия очередного существенного отсчета формируют пучок аппроксимирующих сигналов , исходящих из последнего существенного отсчета, внутри временного интервала дискретизации контролируют разности аппроксимирующих и преобразуемого -сигналов, в момент времени , когда модуль последней иг контролируемых разностей становится равным апертуре,, снимают очередной существенный отсчет, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности и точности восстановления сигнала, существенный отсчет Q снимают с аппроксимирующего сигнгша, 59 для которого модуль контролируемой разности последним достиг значения равного апертуре, наклоны аппроксимирующих сигналов на каждом временном интервале дискретизации устан авливают пpoпopциoнaльны l значению произволной преобразуемого сигнала в момент снятия последнего существенного отсчета .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) Н 03 К 13/17, G 08 С 19/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3566149/18-24 (22) 16 ° 03.83 (46) 30.05.84. Бюл. Р 20 (72) Э.М.Витенберг, П,Ю.Фардыга и Н .П,Цибря (71) Научно-производственное объединение по радиоэлектронной медицинской аппаратуре (53). 621. 398 (088. 8) (56) 1, Донецкая Т.В. О некоторых алгоритмах адаптивной временной дискретизации. Научные труды Ленинградского политехнического института иМ. N.È,Êàëèíèíà. 1968, 11 294, с. 2021, рис. 2а, с, 23; рис. За.

2. Авдеев Б.Я,, Антонюк Е,М. и др, Адаптивные телеиэмерительные системы, Под ред, A.B ..Фремке, Л., Энергоиэдат, 1981, с, 54-55, рис, 2-18, с, 56, рис, 2-19 (прототип). (54) СПОСОБ АДАПТИВНОЙ ВРЕМЕННОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ адаптивной временной дискретизации, заключающийся в том, что в начале каждого временного интервала дискретизации в момент сня тия очередного существенного отсчета формируют пучок аппроксимирующих сигналов, исходящих иэ последнего существенного отсчета, внутри временного интервала дискретизации контролируют разности аппроксимирующих и преобразуемого сигналов, в момент времени, когда модуль последней и" контролируемых разностей становится равным апертуре, снимают очередной существенный отсчет, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения информативности и точности восстановления сигнала, существенный отсчет снимают с аппроксимирующего сигнала, Й для которого модуль контролируемой разности последним достиг значения равного апертуре, наклоны аппроксими- ф рующих сигналов на каждом временном % интервале дискретизации устанавливают пропорциональныь значению проиэвод© ной преобразуемого сигнала в момент снятия последнего существенного отсч та, СР О

С

И О

СР

1095390

2. Устройство для осущестнления способа по п. 1, содержащее первый триггер, первый ныход которого соединен с первым нходом ключа и вычитатель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности и точности устройства, в него введены аналого-цифровой преобр азов атель, регистры, счетчики, блоки сравнени я, блок нремени, делитель частоты, мультиплексор, демультиплексор, распределитель импульсов, сумматор, элемент

ИЛИ, элемент И, второй и третий триггеры и формирователи аппроксимирующих функций, в каждый из которых нходят первый и второй элементы И, элемент

ИЛИ и счетчик, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом счетчика, первый вход аналого-цифрового преобразователя является первым входом устройства, выход соединен с первым входом первого регистра, выход которого соединен с первыми входами вычитателя, второго регистра, первого и второго блоков сравнения, выход первого блока сравнения соединен с первыми входами элемента ИЛИ и сумматора, выход второго блока сравнения соединен с вторым входом элеменТа ИЛИ, выход ко- торого соединен с первым входом. демультиплексора, выходы демультиплексора соединены с первыми входами соответствующих вторых триггеров, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента И, выход элемента И соединен с первыми входами третьего триггера, третьего и четвер того регистров, первого счетчика, входом блока времени и с вторыми входами вторых триггеров и счетчиков формирователей аппроксимирующий функций, выходы счетчиков формирователей аппроксимирующих функций соединены с соответствующими первыми входами муль типлексора, выход которого соединен с вторыми входами первого, второго блоков сравнения и третьего регистра, выход третьего регистра соединен с вторыми входами мультиплексора, первого счетчика, с третьими входами счетчиков формирователей аппроксимирующих функций и янляется первым выИзобретение относится к электроизмерительной технике, предназначено дчя адаптивной временной дискрети зации аналоговых электрических сигналов, и может использоваться в телемет ходом устройства выход второго регистра соединен с вторым входом нычитателя, выход которого соединен с вторым входом четвертого регистра, первый выход которого соединен с первым входом нторого счетчика, выход которого соединен через третий блок сравнения с первым входом первого триггера, первые входы первых и вторых элементов И формирователей аппроксимирующих функций объединены и подключены к первому выходу первого триггера, второй выход которого соединен с первым входом делителя частоты, второй вход которого является вторым входом устройства, первые выходи делителя частоты соединены с вторыми входами соответствующих первых элементов

И формирователей аппроксимирующих функций, вторые выходы соединены с вторыми входами соотнетствующих .вторых элементов И формирователей аппроксимирующих функций, третий выход соединен с вторым входом ключа, выход . ключа соединен с третьим входом первого счетчика и вторым. входом второго счетчика, выход первого счетчика соединен с третвим входом мультиплексора, первые выходы распределителя импульсов соединены с соответствующими четвертыми входами мультиплексора и вторыми входами демультиплексора, второй выход распределителя импульсов соединен с вторым входом первого триггера и третьим входом нторого счетчика, второй выход четвертого регистра соединен с вторым входом сумматора и с четвертыми входами первого счетчика и счетчиков формирователей ап,.йРоксимирующих функций, выход сумматора соединен с вторым входом тре.тьего триггера, первый выход которого соединен с третьими входами первых элементов И формиронателей аппроксимирующих функций, второй выход соединен с третьими входами вторых . элементов И формирователей аппроксимирующих функций, ахоп распределителя импульсов объединен с вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, первого и . второго регистров и является третьим входом устройства, выход блока времени является вторым выходом устройства. рических системах, в состав которых входят йреобразователи информации, требующие различных алгоритмов сжатия, Известен способ адаптивной, временной дискретизации, заключающийся в

1095390

Указанная цель достигается тем, что в устройство для осуществления способа адаптивной временной дискретизации,содержащее первый треггер, том, что на каждом интервале дискретизации формируют аппроксимирующий сигнал, исходящий иэ последнего существенного отсчета, с наклоном, равным производной преобразуемого сигнала в момент снятия существенного отсчета, контролируют разность аппроксимирующего и преобразуемого сигналов, в момент достижения модулем контролируемой разности значения, равного апертуре, снимают очередной существен- 10 ный отсчет на преобразуемом сигнале ГЦ .

Известно устройство, реализующее известный способ, содержащее дифференцирующий блок, блок памяти, вычитатель, умножитель, генератор линейно изменяющегося напряжения и блок сравнения 1) .

Недостатком. известных способа и устройства является невозможность обеспечения заданной погрешности аппроксимации для преобразуемых сигналов щ отличающихся на интервале дискретизации от параболы, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ адаптивной временной дис- 5 кретизации, заключающийся в том, что в начале каждого временного интервала дискретизация в момент снятия очередного существенного отсчета формируют пучок аппроксимирующих сигналов, ис- 30 ходящих из последнего существенного отсчета, с наперед заданными наклонами, внутри временного интервала дискретизации контролируют разности аппроксимирующих и преобразуемого сигналов, в момент времени, когда модульЗ5 последней из контролируемых разностей становится равным апертуре, снимают очередной. существенный отсчет на преобразуемом сигнале и фиксируют номер аппроксимирующего сигнала, для кото- 40 рого контролируемая разность последней достигла значения, равного апертуре преобразования (2).

Наиболее близким к предлагаемому устройству для реализации способа адаптивной временной дискретизации является устройство, содержащее пер вый ключ, вход которого объединен с первым входом первого вычитателя и является первым входом устройства-, выход ключа соединен с первым входом блока памяти, выход которого соединен с вторым входом первого вычитателя, первый и второй выходы первого вычитателя соединены с первыми входами соответствующих делителей и вторых

55 вычитателей, вторые входы делителей подключены к выходам соответствующих генераторов линейно-изменяющегося напряжения, выходы делителей соединены с вторыми входами соответствующих 60 вторых вычитателей, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих блоков сравнения и вторых ключей, выходы блоков сравнения соединены с первыми входами соответствую- 65 щих первых триггеров, выходы которых соединены соответственно с первыми входами счетчика импульсов и вторыми входами вторых ключей, выходы вторых ключей соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого и выход третьего триrrepа соединены соответственно с первым и вторым входами третьего ключа, выход третьего ключа является выходом устройства, выход счетчика импульсов соединен с первыми входами третьего триггера и порогового блока, выход порогового блока соединен с вторыми входами блоков сравнения, входы генераторов линейно-изменяющегося напряжения и вторые входы блока памяти, порогового блока, счетчика импульсов, первых и второго триггеров являются вторыми входами устройства l2).

Недостатками известных способа и устройства являются низкий козффициент сжатия (информативность) и низкая точность восстановленного по существенным отсчетам сигнала, поскольку он имеет разрыв первого рода, так как восстанавливающий полином на каждом интервале дискретизации заканчиваегся на аппроксимирующем полиноме, а начинается в следующем интервале на преобразуемом сигнале, Цель изобретения — повышение информативности путем увеличения среднего интервала адаптивной дискретизации и повышение точности восстановления сигнала путем устранения разрывов восстанавливающей функции.

Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу адаптивной временной дискретизации, заключающемуся в том, что в начале каждого временного интервала дискретизации в момент снятия очередного существенного отсчета формируют пучок аппроксимирующих сигналов, исходящих из последнего существенного отсчета, внутри временного интервала дискретизации контроляруют разности аппроксимирующих и прербраэуемого сигналов, в момент време-" ни, когда модуль последней из контролируемых разностей становится равным апертуре, снимают очередной существенный отсчет, существенный отсчет снимают с аппроксимирующего сигнала, дЛя которого модуль контролируемой разности последним достиг значения, равного апертуре, наклоны аппроксимирую.цих сигналов на каждом временном интервале дискретизации устанавливают пропорциональными значению производной преобразуемого сигнала в момент снятия последнего существенного, отсчета.

1095 390 первый выход коТорого соединен с первым входом ключа и вычитатель, введены аналого-цифровой преобразователь, регистры, счетчики, блоки сравнения, блок времени, делитель частоты, мультиплексор, демультиплексор, распределитель импульсов, сумматор, элемент

ИЛИ, элемент И, второй и третий триг геры и Формирователи аппроксимирующих функций, в каждый из которых входят первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и счетчик, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого сое- динен с первым входом счетчика, первый 15 вход аналого-цифрового преобразователя является первым входом устройства, выход соединен с первым входом первого регистра, выход которого соединен с первыми входами вычитателя, второго20 регистра, первого и второго блоков сравнения, выход первого блОка сравнения соединен с первыми входами элемента ИЛИ и сумматора, выход второго блока сравнения соединен с вторым вхо 25 дом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом демультиплексора, выходы демультиплексора соединены с первыми входами соответствующих вторых триггеров, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента,И, выход элемента И соединен с первыми входами третьего триггера, третьего и четвертого регистров, первого счетчика, входом блока времени и с вторыми входами вторых триггеров

35 и счетчиков формирователей аппроксимирующих функций, выходы счетчиков формирователей аппроксимирующих функций соединены с соответствующими первыми входами мультиплексора, выход 40 которого соединен с вторыми входами первого, второго блоков сравнения и третьего регистра, выход третьего регистра соединен с вторыми входами мультиплексора, первого счетчика, с 45 третьими входами счетчиков формирователей аппроксимирующих функций и является первым выходом устройства, выход второго. регистра соединен с вторым входом вычитателя, выход которого сое50 динен с вторым входом четвертого регистра, первый выход которого соединен с первым входом второго счетчика, .выход которого, соединен через третий блок сравнения с первым входом первого триггера, первые входы первых и вторых элементов И формирователей аппроксимирующих функций объединены и подключены к первому выходу первого триггера, второй выход которого соединен с первым входом делителя час60 тоты, .второй вход которого является вторым входом устройства, первые выходы - делителя частоты соединены с вторыми входами соответствующих первых элементов И формирователей ап 65 проксимирующих функций, вторые выхо-. ды соединены с вторыми входами соответствующих вторых элементов И Формирователей аппроксимирующих функций третий выход соединен с вторым входом ключа, выход ключа соединен с третьим входом первого счетчика и вторым входом второго счетчика, выход первого счетчика соединен с третьим входом мультиплексора, первые выходы распределителя импульсов соединены с соответствующими четвертыми входами мультиплексора и вторыми входами демультиплексора, второй выход распределителя импульсов соединен с вторым входом первого триггера и тре- . тьим входом второго счетчика, второй выход четвертого регистра соединен с вторым входом сумматора и с четвертыми входами первого счетчика и счетчиков Формирователей аппроксимирующих

Функций, выход сумматора соединен с вторым входом третьего триггера, первый выход которого соединен с третьими входами первых элементов И формирователей аппроксимирующих функций, второй выход соединен с третьими входами вторых элементов И формирователей аппроксимирующих Функций, вход распределителя импульсов объединен с вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, первого и второго регистров и является третьим входом устройства, выход блока времени является вторым выходом устройства.

На фиг. 3 представлена диаграмма, иллюстрирующая способ адаптивной временной дискретизации; на фиг. 2 структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа, устройство (фиг. 2) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок памяти 2, содержащий регистры 3 и 4, вычитатель 5, триггер б, ключ 7, реверсивн и счетчики 8 и 9 импульсов, блок, 10 сравнения кодов, блок 11 времени, формирователи. 12 аппроксимирующих функций, каждый из которых состоит из элеМентов И 13 и 14, элемента ИЛИ 15 и реверсивного счетчика 16 импульсов,,целитель 17 частоты, мультиплексор 18, распределитель 19 импульсов, демультиплексор 20, регистры

21 и 22, блок 23 триггеров, содержащий триггеры 24, блоки 25 и 26 сравнения кодов, элемент ИЛИ 27, сумматор

28 по модулю два, триггер 29, элемент И 30.

Допустим, что в момент времени (фиг.1) снят существенный отсчет

Uj, отличающийся от значения преобразуемого сигнала в этот момент времени U< (t> ) на значение апертуры 6, Из последйего существенного отсчета

Uj q .формируют пучок из (n + 2) алпроксимирующих функций Е;, причем й, ) — и +,K(Ux(td, )

1095 390

I где Uq (t ) — значение производной" преобразуемого сигнала в момент t) - ;

О (i(< n+ 1у

K; — коэффициент пропорциональности, 5 причем К1 >i 1, е ™и sign i > О и

О < К; 1, если sign i с О, где знак числа i определяется соотношением

sign i =-. sign ((U„(t ) — ц ° ) i fp з 9п U„(t -1 ) *

fngg ° J = U для

1 = О К = 1, Ha j -м интервале дискретизации 15

sign i 4 О, следовательно, О < К 1.

Далее контролируют разности ь; > (t)= () — U <(t), 1 4 С, с моментов времени, когда для к-й аппроксимирующей Функции (а К; 1 (t) (> 6, разность

ЬК; 1 (t) исключают из-под контроля.

В какой-то момент времени остается только одна аппроксимирующая функция, (фиг. 1, функция f< (С), для которой разность ЬЦ (t) еще ни разу не превысила значение апертуры, В момент времени 1", когда l(bj j (t )!

=6, снимают очередной существенный отсчет U> f<,> (tz ) .

Таким образом, прй восстановлении преобразуемого сигнала Uq(t) по существенным отсчетам U, < и U полиномами первого порядка йогрешность аппроксимации не превышает значение апертуры 6. на остальных интервалах дискретизаЗ5 ции производят аналогичные операции, за исключением случаев, когда -:

sign i > О (фиг. 1, (J + 1 )-й интервал). При sign i > О коэффициенты пропорциональности К устанавливают боль-40 шими единицы.

Устройство (фиг. 2) работает следующим образом„

Пусть в момент времени t 1 анят 45

J существенный отсчет U 1, при этом . на выходе элемента И 30 формируется импульс, который записывает в регистр

21 кодовое значение N>, соответствующее этому отсчету, в треггер 29 значение выходного сигнала сумматора

28 по модулю дза, устанавливает триггеры 24 блока 23 триггеров в нулевое состояние, записывает в реверсивные счетчики 8 и 16 импульсов кодовое значение И 3 в регистр 22 — кодовое значение с выхода вычитателя 5. Вычитатель 5 вычисляет разность кодовых значений, поступающих с регистров 3 и 4, в которых записаны цифровые эквиваленты преобразуемого сигнала, соответствующие двум последним моментам поступления тактовых импульсов.

Первый после момента t 4 тактоый импульс управляет аналого-цифро= вым преобразователем 1, переписывает 65 в регистр 4 информацию с регистра 3 и заносит в регистр 3 очередное значение преобразуемого сигнала ° Этот же импульс запускает распределитель 19 импульсов, и первый импульс с (n+3)ro выхода распределителя 19 записывает в реверсивный счетчик 9 импульсов содержимое регистра 22 и устанавливает триггер 6 в состояние логической единицы. С этого момента времени ключ 7 открывается, и импульсы с нулевого выхода делителя 17 частоты через ключ 7 начинают поступать на счетные входы реверсивных счетчиков 8 и 9 импульсов.

К моменту времени, когда на реверсивный счетчик 9 импульсов поступит количество импульсов, равное числу, записанному в регистре 22, срабатывает блок 10 сравнения кодов, устанавливая триггер 6 в нулевое состояние, при этом делитель 17 частоты также устанавливается в нулевое состояние °

Эа время, в течение которого ключ

7 открыт, импульсы от делителя 17 частоты поступают .также на формирователи 12 аппроксимирующей функции, причем в зависимости от состояния триггера 29 .открыты элементы 13 или

14 И, которые соединены с выходами делителя 17 частоты е соответственно положительными и отрицательными номерами. Делитель 17 частоты организо. — . ван таким образом, что частота сле-. дования импульсов Г; на выходах с положительными номерами (i > О) большеГО, а прн1 <ОГ< Г„, гдеГОчастота следования импульсов на нуле вом выходе делителя 17.

Для 1 -го интервала дискретизации (фиг. 1) sign i с О, поэтому открыты элементы И 14, импульсы с их выходов через элементы ИЛИ 15 поступают на счетные входы реверсивных советчиков

16 импульсов, увеличивая или уменьшая их содержимое в зависимости от cocioяния знакового выхода регистра 22.

После окончания импульса на (n+3) ì выходе распределителя 19 импульсов последовательно появляются импульсы на остальных n + 2 выходах; при этом к выходу мультиплексора 18 поочередно подключаются выход регистра 21, выходы формирователей 12 аппроксимирующих функций и реверсивного счетчика 8 импульсов, Таким образом, за один период следования тактовых импульсов . к выходу мультиплексора 18 подключаются все элементы устройства, на которых формируются аппроксимирующие функции f,... Е„, причем средняя крутизна Функции fo, формируемой реверсивным счетчиком 8 импульсов, равна производной преобразуемого сигнала в момент снятия последнего существенного отсчета tj, так как прирост функции fö за интервал i равен

1095 390

На других интервалах ции устройство работает описанному.

Сравним предлагаемый способом-прототипом при диск рети з ааналогично способ со условии, что ф5 приросту преобразуемог о сигнала за тот же интервал времени Средняя крутизна остальных функций f; (1 14п) отличается от крутизны функции f в

К раз и определяется значениями коэф-!

5 фициентов деления делителя 17 частоты; аппроксимирующая функция Йи 1 является полиномом нулевого порядка и равна f<> j= = П

Выходной сигнал мультиплексора 18 сравнивается со значением U> записанным в регистре 3, на блоках 25 и 26 сравнения кодов, причем блок

25 сравнения кодов срабатывает, когда f; — U„ 8, а блок 26 сравнения кодов - когда f 0„< - Е ) !

При срабатыв анин одного из блоков

25 или 26 сравнения кодов импульс с выхода элемента ИЛИ 27 поступает через демультиплексор 20 на блок 23 триггеров и устанавливает в состоя- 20 ние логической единицы тот из тригге- ров 24, номер которого совпадает с номером выхода распределителя 19 импул ь сов, н а котором в этот моме нт вре мени действует импульс. В момент вре- 25 мени, когда последний из триггеров

24 установлен в состояние логической единицы, импульс с выхода элемента И

30 обнуляет триггеры 24, записывает в регистр 21 очередной существенный 3() отсчет N записывает значение N в реверсйвные счетчики 8 и 16 импульсов, агружает регистр 22. Блок 11 времени фиксирует длительность интервала дискретизации nt . Этот же импульс устанавливает в триггере 29 значение выходного сигнала сумматора

28 по модуля два, который определяется знаками разности 11 ° — U 4g) и производной U<(t>) .

40 количество аппроксимирующий лучей в обоих способах одинаково, Способ-прототип: крутизна всех ап проксимирующих лучей неизменна на всех интервалах дискретизации, а луч с максимальной крутизной должен иметь наклон, превышающий максимальную производную преобразуемого сигнала.

Предлагаемий способг крутизна лучей устанавливается на каждом интервале дискретизации пропорциональной производной преобразуемого сигнала в момент начала каждого интервала дискретизации и, например, для,) -го интервала (фиг. 1) луч с максимальной крутиsной имеет наклон, равный производной сигнала в момент времени

< -л °

При сохранении общего количества аппроксимирующих лучей это эквивалентно увеличению количества лучей по сравнению со способом-прототипом, Uq (ф ) < 1„" „, и углы между дву-, мя соседними лучами уменьшаются, При этом имеется возможность более точно выбрать оптимальный аппроксимирующий луч, что при заданной погрешности аппроксимации увеличивает средний шаг дискретизации и, соответственно,, коэффициент сжатия. Кроме того, даже

1 ри полном совпадении наклонов оптиального луча интервал дискретизации) в предлагаемом способе все-таки оказывается больше соответствующего интервала в способе-прототипе на интервал времени от начала интервала.дискретизации до момента равенства оптимальной аппроксимирующей функции и преобразуемого сигнала.

Согласно предлагаемому способу

s отличие от способа-прототипа, ко.- нечная точка предыдущего интервала дискретизации совпадает с начальной точкой следующего интервала, поэтому отсутствуют разрывы аппроксимирующей функции, что улучшает качество восстановленного сигнала, 1095390

Имл. 7owm

Составитель М Никуленков

Редактор Л.Веселовская Техред N.Кузьма Корректор Н.Лазарева

Заказ Зб21/41 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4