Устройство передачи и приема информации

 

Изобретение относится к технике передачи (хранения) информации и может быть использовано в системах телемеханики и связи. Цель изобретения - повышение степени сокращения избыточности негауссовских сообщений. Устройство содержит на передающей стороне аналого-цифровой преобразователь, блок задержки, два вычитателя, два сумматора, фильтр-интегратор, фильтр-предсказатель, два кантователя, блок уплотнения информации, четыре усилителя, три нелинейных преобразователя, блок идентификации параметров, на приемной стороне блок разделения информации, три сумматора, два восстанавливающих фильтра, четыре усилителя, фильтр-интерполятор, фильтр-предсказатель, три нелинейных преобразователя и блок идентификации параметров. Устройство позволяет повысить степень сокращения избыточности реальных нестационарных негауссовских сообщений путем адаптивного нелинейного их преобразования в гауссовское, оптимального предсказания и интерполяции последних и затем обратного нелинейного преобразования для согласования со статистикой исходного сообщения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

I (51) 5 с 08 с 19/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4371 299/24-24 (22) 28.01.88 (46) 07.02.90. Бюл. 8 5 (71) Московский электротехнический институт связи (72) В.Г.Санников (53) 621,398(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 55263 1, кл. С 08 С 19/28, 1977 ° (54) УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА

ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к технике передачи (хранения) информации и может быть использовано в системах телемеханики и связи. Цель изобретения- повышение степени сокращения избыточности негауссовских сообщений.

Устройство содержит на передающей стороне аналого-цифровой преобразователь, блок задержки, два вычитателя, Изобретение относится к технике передачи (хранения) информации и может быть использовано в системах телемеханики и связи.

Цель изобретения - повышение сте пени сокращения избыточности негауссовских сообщений, На чертеже представлена функциональная схема устройства °

Устройство содержит на передающей стороне аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, блок 2 задержки, первый и второй вычитатели 3 и 4, первый и. второй сумматоры 5 и 6, фильтр-интерполятор 7, фильтр-предсказатель 8, ..SU„„41648 А 1 два сумматора, фильтр-интегратор, . фильтр-предсказатель, два кантователя, блок уплотнения информации, четыре усилителя, три нелинейных преобразователя, блок идентификации параметров, на приемной стороне блок разде ления информации, три сумматора, два восстанавливающих фильтра, четыре усилителя, фильтр-интерполятор, фильтр-предсказатель, три нелинеиных преобразователя и блок идентификации параметров. Устройство позволяет повысить степень сокращения избыточности реальных нестационарных негауссовских сообщений путем адаптивного нелинейного их преобразования в гаус- I совское, оптимального предсказаниФ и интерполяции последних и затем обратного нелинейного преобразования для согласования со статистикой ис ходного сообщения. 1 ил. ьРь первый и второй квантователи 9 и 1О, блок 11 уплотнения информации, с перьЬ вого по четвертый усилители 12-15, с первого по третий нелинейные йреобраэователи 16-18 и блок 19 идентификации параметров, канал связи 20, на приемной стороне блок 21 разделения информации, с первого по третий сумматоры 22-24, первый и второй восстанавливающие фильтры 25 и 26, с первого по четвертый усилители 27-30, фильтр-интерполятор 3 1, фильтр-предсказатель 32, с первого по третий нелинейные преобразователи 33-35 и блок

36 идентификации параметров.

1541648

Устройство работает следующим образом.

Входное сообщение x(t) если оно непрерывно, преобразуется на передаю- щей стороне в дискретную (цифровую) форму с помощью АЦП 1, и далее цифровая последовательность 1х;) подается на первый вход вычитателя 3. Если сообщение х(t) дискретно (или цифровая последовательность), то оно через согласующее устройство (вместо ЯЦП) поступает на вычитатель 3. Ошибками квантования в АЦП 1 пренебрегаем.

На выходе вычитателя 3, на второй вход которого подаются предсказанные отсчеты х„, образуется разность е; х; — х „.. Она квантуется в адап тивном квантователе, состоящем из

, нормирующего усилителя 12, коэффи- 2О циент усиления которого К „= 1/6,Ц )

, (где 6 (j) — оценка дисперсии послее, довательности 1е;), вычисляемая итеративно в блоке 19; j — шаг итерации), и фиксированного квантователя 9. Вы- 25 ходной сигнал е ; квантователя, представляющий результат квантования нормированного сигнала К „е,, подается на первый вход блока 11 уплотнения информации. Для восстановления отсче- ЗО тов исходного сообщения с точностью до ошибки квантования на выходе сумматора 5 формируются значения х ", =

1 х . +К е =x +--е. =х + 1 1 1$ и К Я

1, + е;,„= x;+ е; + с1 = х + 11 где q - шум квантования последовательности (e,). Для этого сигнал е,. предварительно усиливается усилителем 12 в К раз, где К = — = 6 (1)10

К1 и затем суммируется в блоке 5 с предсказанным значением х„,. Усилие в блоке 13 необходимо для приведения разностного сигнала к динамическому диапазону сигнала е,:. Аналогичные операции осуществляются усилителями

15 27 и 29.

Предсказанный сигнал х „; Формируется на основе нелинейных безынерционных преобразований в блоках 16 и 17

50 и линейного преобразования в Фильтрепредскаэателе 8. В нелинейном -Ipeobразователе 16 отсчеты х", преобразуются в отсчеты у,. ч (х",) так, чтобы негауссовскую последовательность 1х".1 5 привести к приближенно гауссовской последовательности )y,), Оптимальной процедурой экстраполяции такой гауссовской последовательности является линейная процедура вида

y„; = Е z(j) у

1 и t представляющая собой результат цифровой свертки или взвешивания с коэффициентами а„(j) предыдущих (задержанных) отсчетов 1у, ), где а„Ц J — оценка оптимальных íà j-м шаге итерации параметров Фильтрапредсказателя 8, минимизирующих дисперсию ошибки предсказания е,:, получаемая итеративно в блоке 19 и подаваемая на управляющий вход фильтрапредсказателя 8.

Нелинейное (безынерционное) пре образование реализуется следующим образом: у,. = ц(х",) - " a, I j)h„(;) (2) т.е..путем разложения нелинейной функции ч (х) B ортогональный ряд по известным базисным функциям 3h „(х) ), К 1,N с коэффициентом 8„gj), полу чаемым итеративно в блоке 19 и поступающим на управляющие входы нелинейных преобразователей 16 и 17. Если шкалы (диапазоны изменения) значений х» и у; разбить íà N значений (с контролируемой точностью), т.е. х, =х",=1х,-), е 1,NHа, V, уe j, е = 1,N, то соотйошение (2) можно представить в матричном виде

y; = (х;) - Н(х;) йБ3 (3) где векторы - столбцы у (у ;, ..., я

) - lUBI. итера ции >

Н(х,) — ортогональная матрица с известными элементами h (õ; ), К 1;И, е = 1,N.

По заданной гауссовской статистике вектора у,, известной матрице

Н(х) . и измеряемой итеративно статистике вектора х; в блоке 19 вычисляются коэффициенты d j ), К 1,N, кот ор ые однозначно определяют за ви симость у,. = (х,) по (2) или (3) . Нелинейный преобразователь 17 выполняет роль обратного нелинейного преобразователя 16, В нем по отсчетам у.

1 формируются отсчеты х „ ц (у,), согласованные со статистикой исходного сообщения х,, где - функция обратная у. Реализация обратного преобразования также осуществима, так как при вычисленных коэффициентах

1541648 л вал (у;, y> + ay,) p(y1) - » x.,„, х о(„(j ) Ь„. (х,) — оценка р(у .), вычисляемая йо х с учетом (2), Ь,(х ), ..., Ь„(х,) 3 - элементы ортогональной матрицй Н в (3).

Управление параметрами квантова.теля с фиксированным числом уровней квантования производится, как отмечалось, путем использования фиксированного квантователя и нормирующего уси лителя, коэффициент усиления которого пропорционален оценке дисперсии кван- 15 туемого процесса. При этом коэффици,ент усиления усилителя 12 К, 1/4,Ц),. а коэффициент усиления усилителя 14

6, - 1/6(j3.

Оценки дисперсий разностных про- 20, цессов (е ) и 1Е; ) получаются в соответствии с итеративными алгорит, мами а2(31-62и -1) -Х(6 (3 -13 - е (j3) (8)

@ (j y = 6 2 Ц - 1) — y(6 (j — 1) * () )), (9) .где e(j1 е>э E(j ) E> ю у

) = O„ 1, 2, ....

Блок 36 идентификации параметров 30

;на приемной стороне полностью анало,гичен блоку 19 на передающей стороне. ! На его четыре информационных входа поступают точно такие же, как и на ,входы блока 19, сигналы: на первый информационный вход - выходной сиг нал Ks е;, 1/К, е;, be е,, усилителя 27, на второй вход - выходной сигнал К6Е, 1/Кз, -,=

,усилителя 29, на третий вход - вы- 0 модной сигнал х, „сумматора 24, на четвертый - выходной сигнал преобразователя 33.

На приемной стороне сигналы е >, иЕ ;, уплотненные в блоке уплот. нения информации и переданные по цифровому каналу 20 связи, подаются на блок 21 разделения информации, откуда подаются на входы усилителей 27 и 29 с коэффициентами усиления К 5 = 1/K

b@(j ) и К 1/К з = 6 ()) соответственно. Выходной сигнал К g е „yc лителя 27 поступает на сумматор 2?, на второй вход которого подается предсказанная последовательность (х „, ) с. выхода нелинейного преобразователя 34. При этом на выходе сумматора

22 образуется оценка сообщения х =

x; + 6 е е ;,. получаемая без задержки. Она далее поступает на нелинейный преобразователь 33,и восстанавливающий фильтр 25. Нелинейно преобразованная с функцией (х",) в блоке 33 гауссовская последовательность (у 1 воздействует на фильтр-предсказатель

32 и фильтр-интерполятор 3 1. С выхода фильтра-предсказателя 32 сигнал действует на нелинейный преобразователь

34 с функцией у-, обратной у, C выхода фильтра-интерполятора 31 сигнал действует на нелинейный преобразователь 35 (аналогично. преобразователю 18) .

На выходе сумматора 24, на входы которого подаются сигнал К . Е, с выхода усилителя 29 и сигнал х „<р- (у" ) с выхода нелинейного преобразователя 35, образуется с задержкой на Тэ более точная оценка исходного сообщения х <. х „,. „+

У 1 .+ а (j) Е,1 ®. Сигналы х и х,, в блоках 25 и 26 фильтруются с целью уменьшения шумов, принятых из канала

20 связи, усиливаются. в усилителях 28 и 30 и затем суммируются в блоке 23 для образования восстановленной оценки x (t) исходного сообщения x(t).

Преимущество устройства состоит в том, что реализуемые в нем адаптив ные алгоритмы нелинейного преобразования (прямого и обратного) негауссовского Сообщения в гауссовское и наоборот позволяют следить эа изменением текущей, как правило негауссовской, статистики исходного сообщения и соответствующим образом корректировать (нормализовать) сигнал на входах линейных фильтров-предсказателей и фильтров"интерполяторов с це" лью оптимизации их работы и минимизации дисперсий погрешностей.предсказания и интерполяции, что обеспечивает большее сокращение избыточности реальных негауссовских сообщений в условиях изменяющейся во времени их статистики.

Формула изобретения, Устройство передачи и приема информации, содержащее на передающей стороне аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу первого .вычитателя и через блок задержки к первому входу второго вычитателя, выход первого вычитателя

1 541648 подключен к информационному входу первого усилителя, выход которого через первый кяантователь подключен к первому входу блока уплотнения информа ци и и к и нфор ма ци онному входу

5 второго усилителя, выход которого подключен к первому входу первого сумматора и к первому информационному входу блока идентификации параметров, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и второго усилителей, выход второго вычитателя подключен к информацион" ному входу третьего усилителя, выход которого подключен через второй квантователь к второму входу блока уплотнения информации и к информационному входу четвертого усилителя, выхОд которого подключен к второму инфор- 20 мационному входу блока. идентификации параметров и к первому входу второго сумматора, выход которого подключен к третьему информационному входу бло" ка идентификации параметров, второй 25 выход которого подключен к управляющим входам третьего и четвертого усилителей, третий и четвертый выходы блока идентификации параметров подключены к управляющим входам фильтра- gg предсказателя и фильтра-интерполятора соответственно, выход блока уплотнения информации является входом канала связи, на приемной стороне блок

Разделения информации, вход которого является выходом канала связи, первый выход блока разделения информации подключен к информационному входу первого усилителя, выход которого подключен к пеРвому инфоРмационному вхо" 40 ду блока идентификации параметров и к первому входу первого сумматора,. выход которого подключен к входу первого восстанавливающего фильтра, вы" ход которого через второй усилитель подключен к первому входу второго сумматора, выход которого является выхо" дом устройства, второй выход блока разделения информации подключен к информационному входу третьего усиЛителя, выход которого подключен к второму информационному входу блока иден"тификации параметров и к первому входу третьего сумматора, выход которого подключен к третьему информаци" онному входу блока идентификации параметров и через второй восстанавливающий фильтр и четвертый усилитель к второму входу второго сумматора, первый, второй, третий и четвертый выходы блока идентификации параметров подключены к управляющим входам первого и третьего усилителей, фильтрапредсказателя и фильтра-интерполятора соответственно, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения сте" пени сокращения избыточности негауссовских сообщений, введены на переда" ющей стороне первый, второй и третий нелинейные преобразователи, на приемной стороне первый, второй и третий нелинейные преобразователи, на пере" дающей стороне выход первого сумматора подключен к информационному входу первого нелинейного преобразователя, выход которого подключен к четвертому информационному входу блока идентификации параметров и к информационным входам фильтра-интерполятора и фильтра-предсказателя, выход последнего подключен к информационному входу второго нелинейного преобразователя, . выход которого подключен к вторым входам первых вычитателя и сумматора, выход фильтра-интерполятора подключен к информационному входу третьего не- ли нейного преобразователя, выход которого подключен к вторым входам вторых вычитателя и сумматора, пятый выход блока идентификации параметров подключен к управляющим входам первого, второго и третьего нелинейных преобразователей, на приемной стороне выход первого сумматора подключен к информационному входу первого нелинейного преобразователя, выход которого подключен к четвертому информа-. ционному входу блока идентификации параметров и к информационным вкодам фильтра-интерполятора и фильтра-предсказателя, выход которого подключен к информационному входу второго нелинейного преобразователя, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выход фильтра-интерполятора подключен к информационному входу третьего нелинейного преобразователя, выход которого подключен к второму входу третьего сумматора, пятый выход блока идентификации параметров подключен к управляющим входам первого, второго и третьего нелинейных преобразователей.

1541648

Составитель И.Кузнецов

Техред Л. Олийнык Корректор Т.Малец

Редактор О.Юрковецкая

Заказ 283 Тираж 441 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", с.Óæãîðîä, ул.Гагарина, 191