Адаптивный стохастический преобразователь

 

О П И С- |) )))640324

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

И 3 О Б Р Е Т Е 1-1 1А

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.01.77 (21) 2439485/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.12.78. Б|оллстспь Х (45) Дата опубликования оппсаш|я 30.12.

51) М. Кла

6 06G 7,/52

Государстеенный комитет

53) УДК 681.3 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобрстсния

Ю. С. Климов, С. К. Турченкова и А. Б. Шадрин (71) Зав" ь

Ленинградское высшее инженерное морское училище им. адмирала С. О. Макарова (54) АДАПТИВНЫЙ СТОХАСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к средствам вычислительной и электроизмерительной техники и предназначено для оптимального кодирования широкого класса нестационарных случайных процессов с априорнонеизвестными сложными графиками частотного спектра, плотности распределения амплитуд и ее характеристической функции, а также сжатия данных об исследуемом процессе и указанных выше его вероятностных характеристиках. Оно может успешно использоваться в адаптивных измерительно - вычислительных комплексах, предназначенных для диагностики и исследования сложных объектов (судовых энергетических установок, силовых электрических установок, теплоэнергетическцх установок).

Известно устройство, в котором за счет введения BBToIIQMHhlx измерителей плотности распределения по уровню среднего значения дисперсии, решается задача адаптивного выбора распределения уровней квантования по амплитуде, диапазона шкалы квантования по амплитуде, центрирования процесса до кодирования (1).

Недостатком известного устройства является большой объем служебной информации и низкая точность оптимального кодирования сложных нестационарных процессов (у которы. . плотность распр еде.чения по амплитуде имеет несколько острых пиков, колоколов и острые пики по краям), а также отсутствие возможпостп оптимального квантования по времени процессов со сложным графиком пх спектральной плотности.

Известен также адаптивный стохастическпй преобразователь, содержащий блок

10 квантования по уровню, первый вход которого является входом преобразователя, а первый выход и второй вход подключены соответственно к первым входу и выходу олока квантования по времени, второй вы)5 ход которого соединен с первым входом блока уплотнения, второй вход которого подключен ко второму выходу блока t BBltтовання по уровню, а третий вход соединен с первым выходом î 7ока определения текущей плотности по уровню (2).

Недостатком известного устройства также является низкая точность оптимального кодирования и больц|ой объем служебной информации нестацнонарных процессов со сложными графиками плотности распределения по уровьчо и частотного спектра.

Это нс позволяет решить в известных устройствах задачу оптимального квантования по амплитуде и по времени по еди3О ной теореме оптим ального адаптивного

640324 квантования (т. е. по удвоенной величине граничных параметров Фурье-преобразования плотности распределения амплитуд и

Фурье-преобразования случайного процесса).

Целью изобретения является уменьшение объема служебной информации и повышеппе точности оптимального кодирования нестацпонарных процессов (со сложным видом спектральной плотности и плотности распределения по амплитуде) в условиям дефицита априорных данных.

Для этого в адаптивный стохастический преобразователь введены блок Фурье-преобразования и программное запоминающее устройство, выходы которого подключены соответственно к трстьему входу блока квантования по уровню, ко второму входу блока квантования по времени, к четвертому входу блока уплотнения, к первому входу блока Фурье-преобразования и ко второму входу блока определения текущей плотности по уровню, второй выход которого соединен со вторым входом блока Фурье-преооразовапия, третий вход которого соединен с входом преобразователя, а выход подключен к пятому входу блока уплотнения, выход которого соединен с входом программного запоминающего устройства.

На черте>ке изобра>кен предлагаемый прео бр азов атель.

Он содер>кит блок 1 кодирования, состоящий из блока 2 квантования по уровню и блока 3 квантования по времени, соединенные между собой, блок 4 определения текущей плотности распределения по уровню, блок 5 уплотнения. Вход блока 2 квантования по уровню соединен с исследуемым процессом. Другие выходы блоков 2 и 3 соединены с первым и вторым входами блока уплотнения 5. Третий вход блока уплотнения 5 соединен с первым выходом блока 4, первый вход которого соединен со входным исследуемым процессом. Блок

6 Фурье-преобразования по первому входу соединен с исследуемым процессом. Второй вход блока 6 соединен со вторым выходом блока 4. Выход блока 6 соединен с четвертым входом блока уплотнения 5. Первый вход программного запоминающего устройства 7 соединен с выходом блока уплотнения 5. Первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы программного запоминающего устройства 7 соответственно соединены с пятым входом блока уплотнения 5, со входами блоков 2 и 3 блока кодирования

I, со вторым входом блока 4, с третим входом блока 6.

Рассмотрим принцип работы преобразователя.

Кодируемый процесс х (t) поступает на вход блока 1 кодирования в его блок 2 квантования по уровню, на первые входы блока 6, блока 4 определения текущей

4 плотности распределения по уровню. Блоки 4, 6 параллельно измеряют оценки частотного спектра F"" (f) с шагом по частоте Л/„и плотности по амплитуде W":(х) с

5 шагом по уровню Лх„. Оценки F* (f) c выхода блока 6 поступают через четвертый вход в блок уплотнения 5, на выходе которого с заданной ошибкой аппроксимации (>>: определяются существенные ординаты

)О спектра F" „.;, их шаги по частоте Л(",;, их частоты отсчета )"„и граничная частота которые с выхода блока уплотнения

5 поступают через первый вход в программное запоминающее устройство 7. Гранич15 ная частота f :,, с третьего выхода программного запоминающего устройства 7 поступает в блок 3 квантования по времени блока 1 кодирования для адаптивного выбора частоты квантования Af" а =А1(" с, 20 А ) 2 — коэффициент. Оценки текущей плотности распределения W (х) со второго выхода блока 4 поступают через второй вход в блок 6, который определяет характеристическую функцию Q" (Z) (Фурье—

25 преобразование от W":- (х)), Измеренная характеристическая функция Q"(Z) с выхода блока поступает через четвертый вход в блок уплотнения 5, на выходе которого определяется граничный параметр

З0 Z"cr (аналогично определению f""„ ñ б по

Г (f) ) по заданной ошибке аппроксимации б . Граничный параметр Z,„ñ выхода блока уплотнения 5 поступает через первый вход в программное запоминающее

З5 устройство 7. Со второго выхода программного запоминающего устройства 7 граничный параметр Z поступает в блок 2 квантования по уровню для адаптивного выбора шага квантования по уровню

40 Лх,=,(ВЛ":,„), где B) 2 — коэффициент.

Параллельно с этим с первого выхода блока 4 определения текущей плотности распределения по уровню через третий

45 вход в блок уплотнения 5 поступает плотность распределения W" (х). На выходе блока уплотнения 5 с заданной ошибкой аппроксимации би- определяются существенные ординаты плотности распределения

Ж" „ь их шаги по уровню Лх":„, их уровни х "„., и размах (граничный параметр плотности распределения) х":„, которые с выхода блока уплотнения 5 поступают в программнос запоминающее устройство 7, с выхода которого к потребителю поступают оценки сжатых данных: о спектре

fci fct fc; о плотности распределения

60 W,, Ьх„-, ."г, х,„; о ее характеристической функции Z "<>.

Таким образом, в предло>кенном преобразователе решена задача оптимального

65 кодирования широкого класса нестацио640324

Формула изобретения

Составитель Э. Сечина

Техред С. Антипенко

Корректор О. Тюрина

Редактор Ю. Челюканов

Заказ 2221, 14 Изд. № 783 Тираж 799 Подписное

1-1ПО Государственного комитета СССР по делам изобретений п открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4.5

Типография, пр. Сапунова, 2 нарных случайных процессов со сложным видом их частотного спектра и плотности распределения по уровню. Применение изобретения в диагностических измерительно-вычислительных комплексах (диагностика судовых энергетических установок) позволяет уменьшить смещение вероятностных характеристик исследуемого нестационарного процесса за счет квантования по времени и по уровню в 2,5 — 4 раза и достигнуть существенного увеличения коэффициента сжатия данных о вероятностных характеристиках в 5 — 6 раз при сохранении требований на величину участков стационарности (t, ATN), где AT один цикл из N измерения текущих вероятностных характеристик, à N — объем выборки при их измерении.

Адаптивный стохастический преобразователь, содержащий блок квантования по уровню, первый вход которого является входом преобразователя, а первый выход и второй вход подключены соответственно к первым входу и выходу блока квантования по времени, второй выход которого соединен с первым входом блока уплотпения, второй вход которого подключен ко второму выходу блока квантования по уровню, а третий вход соединен с первым выходом блока определения текущей плот5 ности по уровню, отл ичающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок Фурье-преобразования и программное запоминающее устройство, выходы которого подключены

10 соответственно к третьему входу блока квантования по уровню. ко второму входу блока квантования по времени, к четвертому входу блока уплотнения, к первому входу блока Фурье-преобразования и ко

15 второму входу блока определения текущей плотности по уровню, второй выход которого соединен со вторым входом блока

Фурье-преобразования, третий вход которого соединен со входом преобразователя, а выход подключен к пятому входу блока уплотнения, выход которого соединен с входом программного запоминающего устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 352393 кл. G 06F 157 34 1972

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 491962, кл. G 06G 7/52, 1974.