Устройство для передачи данных со сжатием

 

Изобретение относится к телемет- .рии и может применяться в адаптивных телеметрических системах. Целью изобретения является повьшение точности устройства. Устройство реализует алгоритм полиномиального предсказателя нулевого порядка с плавающей апертурой . При этом в качестве очередного существенного отсчета принимается не текущий, а предшествующий отсчет. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, счетчик, регистры, сумматоры, делитель, блок сравнения, блок памяти, ключ, элемент И, элемент ИЛИ и хронизатор. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

69) (11) А1 (д) 4 С 08 С 19/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3951806/24-24 (22) 17.07.85 (46) 30. 12.86. Бюл. N- . 48 (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический ин ститут им. В.В. Куйбышева (.72) Н.Н. Хрисанов и Е.P. Шер (53) 621.398(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР К 855716, кл. G 08 С 19/28, 1979.

Авторское свидетельство СССР

В 1201861, кл. G 08 С 19/28, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

СО СЖАТИЕМ (57) Изобретение относится к телеметрии и может применяться в.адаптивных телеметрических системах. Целью изобретения является повышение точности устройства. Устройство реализует алгоритм полиномиального предсказателя нулевого порядка с плавающей апертурой. При этсйк в качестве очередного существенного отсчета принимается не текущий, а предшествующий отсчет.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, счетчик, регистры, сумматоры, делитель, блок сравнения, блок памяти, ключ, элемент И, элемент ИЛИ и хронизатор. 3 ил.

1280424

Изобретение относится к телеметрии и может применяться в адаптивных телеметрических системах, Цель изобретения — повышение точности устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — блок-схема алгоритма работы устройства; на фиг. 3 — график входного и выходного сигналов.

Устройство содержит (фиг. 1) аналого-цифровой преобразователь 1, первый счетчик 2 синхроимпульсов, хронизатор 3, с первого по четвертый регистры 4-7, с первого по третий сумматоры 8 — 10, делитель 11, блок

12 сравнения, второй счетчик 13 существенных отсчетов, блок 14 памяти, ключ 15, элемент И 16 и элемент ИЛИ

17. Хронизатор выполнен на генераторе 18 импульсов и делителе 19 частоты следования импульсов.

Регистр 4 используется для хранения текущего отсчета, регистр. 5— для хранения предшествующего текущего отсчета, регистр 6 — для хранения предшествующего существенного отсчета, регистр 7 — для хранения результатов промежуточных вычислений. В качестве этих регистров могут использоваться микросхемы К155ИР13, запись в которые производится по положительному перепаду импульса, подаваемого на их синхронизирующий вход. При подаче сигнала "0" на первый управляющий вход регистра 7 он переходит в режим хранения (его состояние не меняется при подаче тактового импуль.са на второй управляющий вход). При подаче сигнала "1" на первый управляющий вход регистра 6 с приходом тактового импульса на третий управляющий вход в него записывается информация, поданная на второй информационный вход, а при подаче сигнала "1" на второй управляющий вход— информация, поданная на первый информационный вход. !

В качестве счетчика 2 синхроимпульсов и счетчика 13 существенных . отсчетов може использоваться микросхема К155ИЕ7, имеющая суммирующий и вычитающий входы, а также выходы, сигнализирующие о переполнении и о равенстве содержимого нулю. На втором выходе счетчика 2 устанавливается сигнал "1" при его заполнении.

На выходе счетчика 13 устанавливает40

I где F — допустимая ошибка аппроксимации;

Выражение — — x(t)dt входя1

У о

45 щее в формулу (1), представляет собой среднее значение процесса x(t) за период времени от 0 до t. В качестве оценки среднего значения S! возьмем выборочное среднее

50 1 х

S (t ) - — — — + Н(1 ) N+1 ь

ixO (3) где N — число о1счетов, полученных за период времени от t до (не считая отсчет, соответствующий точке t );

H(t;) — значения исследуемого процесса в моменты времени

55 ся сигнал "0", при равенстве его содержимого нулю.

В качестве сумматоров 8 — 10 могут использоваться микросхемы

К155ИПЗ. Делитель 11, блок 12 сравнения, блок 14 памяти также могут быть реализованы на микросхемах 155 серии.

При подаче сигнала "1" на второй управляющий вход блока 14 памяти он переводится в режим записи, причем запись информации производится по переднему фронту импульса, поданного на третий управляющий вход.

Генератор 18, входящий в хронизатор 3, представляет несимметричный мультивибратор, в котором используются два противофазных выхода. Коэффициент деления делителя 19 частоты определяется скоростью считывания информации из блока 14 памяти.

Выделение существенных отсчетов в процессе работы устройства производится на основе соотношения

1 (t)=k„ I I xtt)dt-(x(t)+x(t,)Ä (1) где Я (t) — максимальная ошибка ап30 проксимации; — множитель, учитывающий форму исследуемого сигнала;

x(t) — исследуемый сигнал.

В качестве уставки при выделении существенных отсчетов взята величина 3, равная

Ем

8 = (2)

k„

3 1280424

i = 0,1,...,N, преобразованные в цифровой код.

Обозначим через Б величину, равную

5 !

8г(к) = H(t.) + Í (tq) ° (4) Тогда формула (1) с учетом (2), (3) и (4) примет вид

C(t и)

=2s (t ) — s (t ) = as(t )

К и ° и (5) Это значение подается на вход делителя 11, с помощью которого производится деление двоичного числа, поступающего с сумматора 10 на число, записанное в счетчике 2, равное

И+1. Таким образом, на выходе делителя 11 получаем значение, равное

S<(t„), определяемое по формуле (3).

Код с выхода делителя 11, сдвинутый на один разряд в сторону старших разрядов, т.е. значение на выходе делителя умножается на два, подается на вход блока t2 сравнения.

С помощью устройства на каждом такте получения очередного отсчета производится вычисление абсолютной величины дЯ(йК), которая сравнивается с уставкой о . Если P (й Я(СК), то регистрируется следующий существенный отсчет, равный предыдущему 2О текущему отсчету Н (t11,), который принимается в качестве предшествующего существенного отсчета. Если

О Ь S(t11), то устройством анализируется следующий текущий отсчет.

Устройство работает следующим образом.

Работа устройства начинается с .момента подачи на его управляющий вход сигнала "1", при этом запускается генератор 18, входящий в хронизатор 3.

Рассмотрим работу устройства на

N-м такте определения очередного существенного отсчета. При этом в ре- 35 гистре 7 хранится значение предшествующего существенного отсчета H(t ), в регистре 5 — значение предшествующего текущего отсчета Н (tg1 ), в регистре 4 — значение текущего от- 40 счета Н (tк) в регистре 6 — значе(Э ние Н (t 11), равное

М-2 н (tN) = K H (t ), =о 45 т.е. сумма предыдущих (М-1) отсчетов.

Значение $ (t>), согласно формуле (4), определяется с помощью сумматора 8, на входы которого подаются сигналы с выхода регистров 4 и 7.

На выходе сумматора 9 значение равно

М-1

H (tN) = H (к) + H (И-1) =, -- H(ti ).

i=o

На выходе сумматора 10 получено значение, равное

К

Н (t„) = Н (tÄ) + Н(„)= H(t,.).

> 0

С -помощью блока 12 сравнения производится определение абсолютной величины значения д S(t>) согласно формуле (5) и сравнение полученной величины с уставкой g, значение которой определяется по формуле (2).

Если gs(t ) 8, то на втором выходе блока 12 устанавливается сигнал "0", а на первом — " 1". Сигнал "0" с второго выхода блока 12 через элемент

ИЛИ 17 (если счетчик 2 не заполнен до конца) проходит на управляющие входы регистра 7 и блока 14 памяти, переводя их в режим хранения, а также на вход элемента И 16, запреща я прохождение импульсов хронизатора 3 ,на вход установки в исходное состояние счетчика 2. В то же время сигнал ".1" с первого выхода блока 12 поступает на управляющий вход регистра 6, разрешая запись в него информации, поданной на второй информационный вход. По переднему фронту импульса с второго выхода хронизатора 3 будет осуществлена перезапись информации с выхода сумматора 9 в регистр 6, иэ регистра 4 — в регистр

5, с выхода преобразователя 1 — в регистр 4, а также увеличивается на единицу содержимое счетчика 2. Таким образом, на (И+1)-м шаге значение, записанное в регистре Н(), не из менится, в регистре 5 будет записано значение, равное Н (t11); в регистре 4 - Н (К1,1), в регистре 6

Н (tÄ ) = Н (t„) = Н (t; )

;-о и в счетчике 2 — число, равное N+2, т.е. будут подготовлены исходные данные для вычисления д S(t„,+,). Импульсом с первого выхода хронизатора

3 производится запуск преобразователя 1, с помощью которого входной сигнал преобразуется в цифровой код, этом сигнал "1" на втором управляющем входе регистра 6 отменяет действие на его первый управляющий вход сигнала выхода блока 12 сравнения.

5 Заполнение блока 14 памяти контролируется счетчиком 13. В том случае, когда содержимое счетчика 13 отлично от нуля, на его выходе устанавливается сигнал "1", который разрешает прохождение импульсов с третьего выхода хронизатора 3 через ключ 15 на первый управляющий вход блока 14 памяти, и происходит передача накопленной информации на выход устройства. Одноf5 временно импульсы поступают на вычитающий вход счетчика 13. После обнуления счетчика 13 он вырабатывает сигнал, закрывающий ключ 15, и передача информации заканчивается.

Работа устройства иллюстрируется алгоритмом, схема которого приведена на фиг. 2, где приняты следующие обозначения: У вЂ” сигнал на управляю25 щем входе устройства, БС1 — сигнал на на втором выходе блока 12 сравнения;

П вЂ” сигнал на втором выходе (выходе переполнения) счетчика 2; R1 — R4— содержимое регистров 4 — 7; S2 — сиг3р нал на выходе сумматора 9; БП вЂ” блок

14 памяти; Н 1,„- код на выходе преобразователя 1; СС вЂ” содержимое счетчика 2 синхроимпульсов.

В

Повышение точности при регистрации процессов, имеющих импульсный характер, при применении предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом иллюстрируется на фиг. 3. Пусть

gp исследуемый процесс имеет вид прямоугольных импульсов (фиг. За). При применении прототипа, если первый существенный отсчет взят в точке 1 (фиг. ЗБ), то, так как в качестве суд5 щественного берется текущий отсчет (при превышении уставки), следующие существенные отсчеты будут взяты в точках 5, 9 и 13. При восстановлении сигнала по этим существенным отсче5р там с помощью линейной интерполяции

I будет получена функция h (t) . При применении предлагаемого устройства существенные отсчеты будут взяты в точках 4,5,8,9, 12,13 (фиг. 3 ), так как в качестве существенных берутся (при превышении уставки) предшествующие текущие отсчеты. При восстановлении сигнала будет получена функция

fl

h (t). Из фиг. 3 3 и О следует, что

5 1280424 который используется в (N+2) такте работы устройства.

Если на N-м такте значение h S(t<) ! превысит заданную уставку то на втоУ

ipoM выходе блока 12 устанавливается сигнал "1", а на первом выходе— сигнал "0". При этом сработает элемент ИЛИ 17, регистр 7 и блок 14 памяти будут установлены в режим записи, регистр 6 будет установлен в режим записи информации, поданной на его первый информационный вход.

По переднему фронту импульса с второго выхода хронизатора 3 будет осу-! ществлена перезапись информации: с выхода рЕгистра 5 в регистр 6, блок

14 памяти и в регистр 6; с выхода делителя 11 в блок 14 памяти; с выхода регистра 4 в регистр .5; с выхода преобразователя 1 в регистр 4.

Таким образом, в регистре 7 будет записано значение Н (t„,), которое в дальнейшем принимается в качестве предшествующего существенного отсчета Н(), регистре 5 — значение H(tÄ), которое в дальнейшем будет использовано в качестве отсчета H(t,), в регист-, ре 4 — значени Н(й„„),которое в дальнейшем будет использовано в качестве отсчета H(t ) .Значение H(t„,) (т.е. отсчет H (t) для следующего цикла форми:рования очередного существенного отсчета) будет также записано в регистр 6 и в блок 14 памяти. В последнем также будет записано среднее значение сигнала между соседними существенными отсчетами с выхода делителя 11 и число отсчетов между соседними существенными отсчетами с выхода счетчика 2. Одновременно сработает элемент И 16, импульс с выхода которого увеличит на единицу содержимое счетчика 13. По заднему фронту этого импульса произойдет установка в исходное состояние счетчика 2, при этом в счетчик 2 запишется число, равное трем, так как на данном такте будет вычисляться среднее значение трех отсчетов, записанных в регистрах 4 - 6. Импульсом с первого . выхода хронизатора 3 будет произведен запуск преобразователя 1 и т.д.

Процедура записи очередного существенного отсчета в блок 14 памяти осуществляется также в случае заполнения счетчика 2. При этом, сигнал

"1" устанавливается на втором выходе счетчика 2, под воздействием которого срабатывает элемент ИЛИ 17. При

1280424 функция h"(e) воспроизводит исходный сигнал с большей точностью.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность регистрации сигналов, имеющих им- 5 пульсный характер за счет того, что в качестве существенного берется на текущий, а предшествующий текущий отсчет. Это также позволяет обеспечить максимальную ошибку аппроксима- 10 ции исследуемого сигнала, не превышающую заданную. Для оценки расхождения между исследуемым процессом и аппроксимирующей прямой, используется величина, которая определяется максимальной ошибкой аппроксимации, что облегчает выбор уставки. В устройстве совмещены операции преобразования аналогового сигнала в цйфровой с помощью преобразователя 1 с вычислением)0 величины aS(t„) (в каждом последующем такте производится обработка результатов, полученных с преобразователя 1 в предыдущем такте), что поз.воляет также повысить быстродействие устройства. В блок 4 памяти записывается, наряду с существенными от1 счетами также среднее значение отсчетов между существенными. В прототипе, чтобы получить усредненные ЗО значения, на приемной стороне необходимо произвести дополнительные вычислительные операции над полученными данными.

Формула изобретения

Устройство для передачи данных со сжатием, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационный вход 40 которого является информационным входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом первого регистра, выход которого соединен с информаци- 45 онным входом второго регистра и пер- вым входом первого сумматора,. первый счетчик, первый выход которого соединен с первым информационным входом блока памяти и первым входомделителя, 50 выход делителя соединен с первым входом блока сравнения, первый выход которого соединен с первым управляющим входом третьего регистра, выход которого соединен с первым входом второго 55 сумматора, хронизатор, вход которого является управляющим входом устройства, первый, второй и третий выходы хронизатора соединены соответственно с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, первого регистра и информационным входом ключа, выход ключа соединен с первым управляющим входом блока памяти и вычитающим входом второго счетчика, выход второго счетчика соединен с управляющим входом ключа, выход блока памяти является выходом устройства, четвертый регистр и третий сумматор, о т л,и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности устройства, в него введены элемент И и элемент

ИЛИ, выход второго регистра соединен с первым информационным входом третьего регистра, вторым информационным входом блока памяти, вторым входом второго сумматора и информационным входом четвертого регистра, выход четвертого регистра соедийен с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, второй выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым управляющим входом четвертого регистра вторыми управляющими входами блока памяти и третьего регистра и первым входом элемента И, выход элемента И соединен с суммирующим входом второго счетчика и входом установки в исходное состояние первого счетчика, второй выход первого счетчика соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход второго сумматора соединен с вторым информационным входом третьего регистра и первым входом третьего сумматора, второй вход третьего сумматора подключен к выходу первого регистра, выход третьего сумматора соединен с вторым входом делителя, третий информационный вход блока памяти подключен к выходу делителя, объединенные счетный вход первого счетчика, второй вход элемента И, управляющий вход второго регистра, второй управляющий вход. четвертого регистра и третьи управляющие входы блока памяти и третьего регистра подключены к второму выходу хрониэатора.

1280424

Кжрср йИ

gnp. йМ азиз.1

Составитель М. Никуленков

Техред В.Кадар - Корректор Е. Рошко

Редактор Т. Иитейко

Заказ 7053/44 Тираж 515 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4