Устройство для эдаптивной дискретизации входной функции

 

о

0 l> и Й:>@-и:,>и е.

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (i>) 55/683 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.02,75 (21) 2108719/24 с присоединением заявки №(23) Приоритет (43) Опубликовано 25.03.77. Бголлетень № 11 (51) М. Кл еG08(19/28

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делан изобретений и открытий (53) агПK 621398 (088.8) (45) Дата опубликования описания,15.06:77 (72) Авторы изобретения

И. Д. Пономарева и Г. В, Целков (71) Заявитель Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ ВХОДНОЙ

ФУНКЦИИ

Изобретение относится к вычислительной технике и радиотелеметрии, и может быть использовано в системах со сжатием данных, для экономии объема запоминающего устройства (ЗУ), времени: анализа и т.п. 5

Известны устройства, осупгествляющие сжатие данных за счет преобразования входных функций в экономический код по заданному способу. Большинство способов требует дополнительно предварительной равномерной дискретизации входной функ- 1п ции (чаще всего непрерывного сигнала x(t)), после чего производится оценка значимости полученных дискретов и выборка наиболее информативных из них (1).

Однако имеются устройства для осуществления способов, обеспечивающие получение сжатого дискретного описания без указанной равномерной дискретизации, что не только экономит объем ЗУ цифровых устройств, но и увеличиваег эффективность сжатия данных. К ним относятся способы, чг> основанные на разложении x(t) на составляющие с помощью ортогональных базисных функций. Так, известен способ сжатия данных, основанный на разложении x(t) в ряд Фурье. Устройг>на, осушествляюшие этот способ, производят сж» >ис данных за счет сокра>цения членов ряда, имеюших малые весовые коэффициенты Фурье (2).

Аналогичным образом работает устройство сжатия данных, использующее способ раз1тожения непрерывного сигнала в ряд Карунена-Лоэва (3).

Эффективность сжатия данных, обеспечиваемая укаэанными устройствами, весьма велика, однако, при этом требуется производить большои объем вычислительных операций, что снижает быстродействие и эффективность работы этих устройств в целом и резко ограничиваьт диапазон их применения.

Известно также устройство, осуществляющее способ сжатия данных, который основан на исиоль. зовании разложения х (t) в ряд Грамм-111арлье, > дс н качестве ортогональиых функций применены поли. номы Эрм >та (4) и (5). Благодаря свойству адаптивности (кодируются только моменты, когда x(t) = dx dé õ

= О, — =g g) простоте схемпой реализаиии и

,dt д 1 относи гельиой несложности вычислительных опера. ций об>щ;я эффекгинность использования этого усгройства выше, чем у двух прель>лущих. Однако этот способ сущест»ен»г> усгупает в степени ежа>ия данных >например. сносе,> фильтра>п>н Клруисиа551683

iO

1б

Лоэва служит эталоном, по которому оценивают эффективность других подобных способов, Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является устройство для адаптивной дискретизации непрерывного сигнала, содержащее дифференцирующий элемент, выход которого подключен к входу первого элемента фиксации нулевого уровня, второй элемент фикса ции нулевого уровня и выходной блок (6J, Однако это устройство требует большого объема информации, обладает низкими помехоустойчивостью и точностью передачи данных.

Цель изобретения — повышение эффективности работь1 устройства.

Достигается это тем, что в устройство введены блоки измерения амплитуды, коррелятор, интеграторы, арифметический блок, элементы задержки, элементы И и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен непосредственно с первымн входами первого и второго элементов И и через г, первый элемент задержки подключен к первому входу блока измерения амнлитуды, Выход последнего через арифметический блок подключен к первому входу. выходного блока, второй вход первого элемента И соединен с информационным входом устройства, выход подключен к входу д фференцирующего элемента и через второй блок измерения амплитуды соединен с вторым входом выходного блока, выход первого элемента фиксации нулевого уровня подключен к второму входу второго блока измерения амплитуды, выход дифференцирующего элемента через последовательно соединенные второй элемент И и коррелятор соединен с вторым; входом первого блока измерения амплитуды и первым входом первого интегратора, выход которого подключен к переому входу второго интегратора и через третий блок измерения амплитуды соединен с вторым входом арифметического блока, выход второго интегратора соединен с входом второго элемента фиксации левого уровня, выход которого подключен к третьему входу первого и к второму входу третьего блоков измерения амплитуды и через второй элемент задержки соединен с вторыми входами первого и второго интегратора и второго элемента И, На -чертеже представлена блок-схема устройства, Она содержит генератор тактовых импульсов 1, дифференцнрующий элсмеят 2, второй блок измерения амплитуды 3 третий: блок измерения амплитуды 4, первый блок измерения амплитуды 5, элементы фиксации нулевого уровня 6 и 7, коррелятор 8, первый и второй интегратор 9 и 10, соответcTBQHHo, арифметический блок 11, выходной блок 12, первый и второй элементы задержки 13 и 14, соответственно, первый и второй элементы

И!5 и 16.

Устройство работает следующим образом. Сигнал x(t), подлежащий дискретизации со сжатием, поступает на вход первого элемента И!5 никлически, Генератор тактовых импульсов 1 генерирует разнополярные импульсы, интервал Т между которыми равен рабочему циклу устройства. Положительные импульсы запускают устройство (открывают элементы И 15, 16), отрицательные останавливают. Интервал между (рабочими циклами Лт выбирают в зависимости от быстродействия устройства (й<<Т). Время Т зависит от спектра частот x(t) выбирается из условий достоверности Я (Т ), Через открытый элемент И 15 сигнал х(т)посту. пает на входы дифференцирующего элемента 2 и второго блока измерения амплитуды 3. Дифференцирующий элемент 2 дифференцирует сигнал (для этих целей можно применить, например дифференцирующую RC — цепь), а элемент 6, куда поступает дифференцированный сигнал, фиксирует момен1, когда -Q импульсами, которыми пронзво ох, ) 1, дится выборка значений x(t), измеряемыми в блоке 3. Таким образом, производится адаптивная дискретизация сигнала, причем выборки по времени совпадают с экстремумами x(t) .

Последовательность экстремумов, представляющая собой сжатое дискретное описание входной ч. функции x(t), поступает в блок 12, которым может быть регистрирующее или запоминающее устройство, передатчик н т,н. В качестве блока 6 может быть применен, например, триггер Шмидта с формирователем импульсов. В качестве блоков 3, 4, 5 можно использовать, например, цифровые вольтметры, работающие в ждущем режиме.

Последующие блоки устройства обеспечивают нахождение значений коэффициентов А1, А . Сигнал — производная от входной функции —— dx .ДЕ через открытый элемент 16 поступает на вход кор релятора 8, с выхода которого снимаетсл про.

:d Н, dt . цесса. Этот сигнал поступает в первый блок нзмере. ния амплитуды 5 и в тот же момент производится запуск этого блока тактовым импульсом, прошедшим через элемент13, Таким образом в блоке 5 измеряется значение в начальный момент

da>, а Г

45 вРемени Eo . По отношению к импУльсУ пУска, генерируемому генератором 1, сигнал, снимаемый с коррелятора 8, поступает к блоку 5 с запаздыванием. Применение элемента 13 компенсирует это запаздывание.

Последовательная цепочка интеграторов 9 и 10, подключенная к коррелятору, обеспечивает получение сигналов, представляющих собой — н Я(!, ) dR д Г соответственно. Фиксация моментов, когда В(ф )

= О, производится в элементе 7, аналогичном элементу 6. Элемент 7 выдает импульс с помощью

) которого прои водится управление рядом операции. Во-первых, этот импульс олрелсляст момент выборки данных коррелянионн >й функции изма551683

IIIIIfHIlIf Заказ 128/28

1 ираж 8 7 2 11илииаHoc

Филиал 11П11 "11атеи г"

j. Ужгорлл, ул. Г11х>екииая. 4 ряемои в блоке 4, реализуя операцию. р ° ,В

И/ 41 во-вторых, запуская с задержкой, вьп онняемой элементом 13, блок 5, он обеспечивает измерение значения — (в-третьих, с задержкой, 06ec- 6

d II д /с, печиваемой элементом 14, этот импульс закрывает элемент 16, а также служит для сброса показаний интеграторов 9, 10 на нуль.

Числовые значения иэ блоков 3, 4, 5 поступают 111 в блок 11, где вычисляются А,, А . Эти коэффициенты засылаются в блок 12. Данные (код) за время Tj, где j — порядковый номер цикла, сопро-! вождаются выдачей значений Af j, А, j, вычисленных для этого интервала в случае, когда требуется 16 восстановление сигнала из кода.

Восстановление обеспечивается применением вычислительного устройства, которое на основе значений коэффициентов А, А, производит матема "ческие оперц"и по 3 да"ному правилу 20

Применение устройства для адаптивной дискретизации непрерывного сигнала обеспечивает сохраниение фазовых и амплитудных соотношений при восстановлении сигнала, что повышает эффективность работы устройства. 26

Формула изобретения

Устройство для адаптивной дискретизации входной функции, содержащее дифференцирую.щий элемент, выход которого подключен ко входу первого элемента фиксации нулевого уровня, ,второй элемент фиксации нулевого уровня и выход. ной блок, о тл и ча ю шее ся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства, в него введены блоки измерения амплитуды коррелятор, интеграторы арифметический блок, элементы задержки, элементы И и генератор «ктовых импульсов, выход которого соединен непосредственно с первыми входами первого и второго элементов И и через первый элемент задержки подключен к первому входу первого блока измерения амплитуды, выход которого через арифметический блок подключен к первому входу выходного блока, второй вход

46 первого элемента И соединен с информационным входом устройства, выход подключен к входу цифференцируюгцего элемента и через второй блок измерения амплитуды соединен с вторым входом выходного блока, выход первого элемента фиксации нулевого уровня подключен к второму входу второго блока измерения амплитуды, выход дифференцирующего элемента через последовательно соединенные второй элемент И и коррелятор соединен с вторым входом первого блока измерения амплитуды и первым входом первого интегратора, выход которого подключен к первому входу второго интегратора и чере третий блок измерения амплитуды соединен с вторым входом арифметического блока, выход второго интегратора соединен с входом второго элемента фиксации нулевого уровня, выход которого подключен к третьему входу первого и к второму входу третьего блоков измерения амплитуды и через второй элемент задержки соединен с вторыми входами первого и второго интеграторов и втброго элемента И.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе:

1. Мановцев А.П. Основы теории радиотенемет. рии, изд, "Энергия", М., 1973 r., 592 стр.

2. A7fdf ewe С А Davies J.Ì. Schwaf z G.II.

Adaptive data тп1огmatioff PI oc. IEEE, Ч 55, :.f967,Ìs 3 р р 267- 2 7 Е ° ,э. %atanube S КагЕппеп -1.ое е expan sian and factor ana4sis In Тт апs.ИИ.

Рга ие Conf. ап 3nforfn 7heor м, Statisticat

Daci sion. Fu7Ictions Rauclom ProcessesЛЯ67ррЯБ.

660.

4. Цаандер Ц. Детектор перехода сигнала через нуль для анализа сигналов, излучаемых головным мозгом. В сб. "Схемы электронной автоматики", иэд. ИЛ, М., 1962 г., стр. 95-98 с илл.

5. Берч Г., Чилдерс Н. Обработка информационнъfx сигналов во временных интервалах, В сб.I""Концепция информации и биологические системы", иэд.

"Мир", M„1966 г., стр. 305-323 с илл.

6. Пономарева И. Д., Целков Г. В., Пилипенко

Ю. Г. Метод дискретизации электрограмм, основанный на разложении во временной ряд. В сб. "Иейробионика", иэд. ИК АН УССР, К., 1970 r. стр. 39 .

49 с илл.