Устройство для сжатия данных

 

(! 944144

Союз Сонетскиа

Соцнапнстнческни

Респубпнк

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ

f61) Дополнительное к авт. свив-ву(51)М. Кл. (22) Занвлено 01. 12. 80 (21) 3210903/18-09

Н 04 L 25/16

Н 04 J 3/00 с присоединением заявки Ж (23) Приоритет

ВкуАарстайпвй камнтет

СССР. яа делам взабретевий и аткрытяй

Опубликовано 15. 07. 82. Бюллетень ¹ 2б (53) УДК 621. 394..61 (088. 8) Дата опубликования описания 15. 07. 82 (72) Автор изобретения

Н.И.Гаранин (71) Заявитель (.541 УСТРОЙСТ80 ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ

Ф .

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в многоканальных системах передачи данных с временным разделением каналов и кодово-импульсной модуляцией

5 для определения статистических характеристик телеметрируемьх параметров.

Известно устройство для сжатия и передачи данных s многоканальных системах телеизмерений, содержащее входной регистр текущего отсчета, входной элемент ИЛИ, блок вентильных элементов, соединенный с выходами блока синхронизации, блок памяти, считывающий вход которого соединен с вычитающим входом входного счетчика заполнения памяти, и выходной регистр, соединенный с информационным выходом блока памяти (1). зо

Однако известное устройство обладает невысоким коэффициентом сжатия при передаче данных о быстроменяющихся измеряемых параметрах, а также ;низкими быстродействием и помехозащищенностью передаваемых сжатых данных.

Цель изобретения - повышение степени сжатия при передаче данных о быстроменяющихся измеряеньх параметрах.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для сжатия данных в многоканальных системах телеизмерений, содержащее входной регистр текущего отсчета, входной элемент

ИЛИ, блок вентильных элементов, соединенный с выходами блока синхронизации, блок памяти, считывающий вход которого соединен с вычитающим входом входного счетчика заполнения памяти, и выходной регистр, соединенный с информационным выходом блока памяти, введены блок ранжирования отсчетов, блок усреднения кодов порядковых статистик, блок элементов

ИЛИ,счетчик числа реализации и счетчик отсчетов, вход которого соединен

3 «}4414

Кроме того, блок усреднения кодов порядковых статистик содержит буферный регистр и элемент ИЛИ, входы которого соединены с управляющими выходами сумматоров, информационные входы и выходы которых являются информационными входами и выходами бло" ка усреднения кодов порядковых ста" тистик, дополнительным входом и выходом которого являются вход и выход буферного регистра, причем синхранизирующие входы считывания сумматоров соединены .между собой и являются управляющим входом блока усреднения кодов порядковых статистик, управляющим выходом которого является выХод элемента ИЛИ, при этом к выходам

50 соответствующих сумматоров подключены выходные делители кодов, другие вхо" ды которых соединены с выходами бу ферного регистра. 55

На фиг. 1 представлена общая структурная электрическая схема устройства, на фиг. 2 и 3 - варианты выс управляющим выходом входного регистра текущего отсчета, выход которого соединен с информационным входом блока ранжирования отсчетов, выхОды котОрОгО сОединены с инфОрмаци онными входами блока усреднения кодов порядковых статистик, при этом управляющий вход блока ранжирования отсчетов соединен с выходом счетчика отсчетов и суммирующим входом счет- }o чика числа реализаций, управляющий выход которого соединен со вторым входом входного элемента ИЛИ, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с управляющим выходом выходного счетчика заполнения памяти и управляющим выхо- дом блока усреднения кодов порядковых статистик, управляющий вход которого соединен с выходом элемента

ИЛИ и с управляющими входами блока синхронизации и счетчика числа реализаций, выход которого соединен с дополнительным входом блока усреднения кодов порядковых статистик, информационные выходы и дополнительный выход которого соединены с другими входами блока вентильных элементов, выходы которого соединены с входами блока элементов ИДИ, информационный

ЭО выход которого соединен с записывающим входом блока памяти, à ynpas" . ляющий выход соединен с суммирующим входом входного счетчика заполнения памяти.

4 4 полнения блока усреднения кодов порядковых статистик, на фиг. 4 - таб» лица, иллюстрирующая выигрыш по коэффициентам сжатия, Устройство содержит входной регистр 1 текущего отсчета, блок 2 ранжирования отсчетов, счетчик 3 отсчетов, блок 4 усреднения кодов порядковых статистик, счетчик 5 числа реализаций; входной элемент ИЛИ 6, блок 1 вентильных элементов, блок 8 синхронизации, блок 9 элементов ИЛИ, блок 10 памяти, входной счетчик 11 заполнения памяти, выходной регистр

12. Блок 4 (фиг. 2 и 3) усреднения кодов порядковых статистик, содержащих элемент ИЛИ 13, набор сумматоров 14, буферный регистр 15, набор выходных делителей f6 кодов.

На вход устройства могут поступать информации от одного или нескольких источников информации. При наличии одного источника информации (например, датчика быстроменяющегося процесса) реализация измеряемого процесса в ходе работы устройства разбивается на К сегментов (участков,г по И отсчетов в каждом. Ранжирование (упорядочение) отсчетов по величине проводится е пределах каждого сегмента. При наличии нескольких источников информации на вход устройства поступают К=И реализаций одного и того же измеряемого процесса по V отсче1ов в каждом. В этом случае ранжирование отсчетов по величине производится в пределах каждой реализациие

Необратимое сжатие осуществляется за . счет передачи и/или регистрации вместо. исходной последовательности отсчетов стационарного процесса x(t) или К реализаций сегментов процесса нескольких осредненных по К .реализациям сегментам, кодов порядковых статистик, обладающих свойством сходимости к квантилю х> соответствующего уровня вероятности

P и позволяющих потребителю информации определить конечный. результат измерения в виде набора статистических характеристик (функции распределения, дисперсии, математического ожи. дания и других) ..

Устройство работает следующим образом.

Текущие отсчеты x(t) процесса

x(t) поступают на входной регистр 1 текущего отсчета, а затем эаписывах„= zx +x

5 94414 ются в блок 2 ранжирования отсчетов.1

При этом содержимое счетчика отсчетов увеличивается на единицу с каждым новым отсчетом. По мере накопления в блоке 2 заданного количества М отсчетов процесса произ водится их ранжирование (упорядочивание по величине). Когда содержимое счетчика 3 достигает фиксированного предельного значения N -сигнал, с 1Î выхода счетчика 3 поступает на вход счетчика 5 реализаций (увеличивая содержимое его на единицу), а также на управляющий вход блока 2 ранжирования ° По данному сигналу с 15 выхода блока 2 ранжирования на входы блока 4 усреднения кодов порядковых статистик ПС поступает ранжированный по амплитуде ряд значений х(К) . <К. г.К- ЭК ." (К-1)К (к)K"(9+1)K . (M)t элементы которого являются порядковыми статистиками х, где — ранг элемента ряда (порядковый номер), а

К - номер реализации сегмента.

В блоке 4 производится сложение предшествуацей суммы .F Х р . соответ3= 1 ствующей порядковой статистики, полученной по (К-1) сегментам или реализациям с текущим К-ым значением порядковой статистики.

Такая операция суммирования производится для каждой из порядковых статистик. Из двух возможных спосо6ое суммирования (последовательного 40 и параллельного) предпочтение следует отдать параллельному (фиг. 2) ввиду увеличения быстродействия устройства, В этом случае И операций сложения производится параллельно в каждом из сумматоров 14 блока 4.

Количество сегментов (реализаций)

К подсчитывается в счетчике 5 реализаций, и, достигнув величины К=И, поступает с выхода счетчика 5 на служебный (дополнительный) вход блока 4 усреднения кодов порядковых статистик. Для предпочтительного варианта устройства (фиг. 2) число К=И поступает на буферный регисто 15. Кроме того

15 с управляющего выхода счетчика 5 числа реализаций управляющий оигнал, пройдя элемент ИЛИ 6, поступает параллельно на управляющие входы блоков 4, 5

4 6 и 8. По данному сигналу происходит сбнуление счетчика 5, à в блоке 4осреднение соответствующих сумм порядковых статистик (деление сумм на число К=М реализации) х =-" х (4) K -«„(i)) К )((1)

"(<) к „)((). = „)((„)

4 К

11) к .- .(М3 к "(ы}

Полученные таким образом коды сред-. них порядковых статистик

Х (1) Х()ю ") (p 1)ý (10ú ск ф7 в Х (11 ) поступают на и входов блока 7 вентильных элементов, а на дополнитель" ный N+1-ый вход блока 7 поступает код К= М с выхода блока 4 буферного регистра 15 для вариантов фиг. 2 и

3 . В это время на выходе блока 8 в соответствии с программой измерений формируется управляющий сигнал (двоичный код),поступающий на входы вентильных элементов блока 7. Таким

6бразом, на все вентильные эле менты поступит сигнал "О" и "1".(со- ответствующий разряд И+1-разрядного. управляющего слова). При единичном сигнале на управляющем входе вентильного элемента, последний открывается и пропускает поступившую на его информационный вход информацию (в данном случае среднее значение соответствующей порядковой статистики).

При нулевом сигнале вентильный элемент остается закрытым и не позволяЭ ет пройти коду поступающему на его информационный вход. Таким образом, управляющий код блока 8 и блок 7, вентильных элементов формируют массив (объем) данных, подлежащих передаче и представляющих собой информацию о КИ реализациях измеряемого процесса (по отсчетов каждая) или о К-М сегментах одной реализации процесса общей длиной в И Й отсчетов. Например, если открыты лишь первый и последний Й вентильный элементы, то передаются лишь осредненные крайниа порядковые статистики, )I )их()Для потребителя данных на приемной стороне системы измерений они не сут информацию о статистических характеристиках измеряемого процесса

x(t) о среднем значении

944144

2(Ъ) Х(л1) f О) о среднеквадратическом отклонении

% 1(х(н) -х(4))э (4)

5 где +" умножительр 0 У1 о границах F1,х и ширине х -х непараметрического толерантного, интврвала 1р(3-в(3„3(, t

ВвР (Р (Ьв)-т(Ь„) - |В3тфт и (Н Зй (т(т3, Т т, эаключа(ощегося s себе 100Р!; генеральной совокупности с вероятностью g®

° ГДЕ Э. =ХВ, 4 =Х, Н> фУНк 5 ция распределения. Если открыты лишь л((алые два вентильных элемента, отстоящих от. краев на ) элементов, то аналогичная информация для потреби-. теля (с другой лииь погрешностью) представляется в виде твх > (Х «>+,>+ х,); (e) Х. )(1(М- ) "(А (7>. где .t(L, L j; 1.б-Lg - границы и ширина непараметрического толерант. ного .интервала, заключающего в себя по крайней мере 10ЩЦ генеральной совокупности с вероятностью т:вер р(3, 3-r(g3 p(3=g (н>p (ó-в)" " где: "" (В

Q .ß (1 У ., ), Ь, =М (.), ф =. 131-) + 1;, Если открыт лишь Один централь- ннй 3(fl3=(4333 зленант блока 7, то йотреВитель получает информацию лишь о. среднем значении процесса медиане.. расПределения

Ь13("-МИ= Х (Ц1 (0) I

Если передается все средние порядковые статистики.

Ф () () " "îî" "(м"* "(и) (") то потребитель данных располагает информацией о функции распределения процесса в каждой точке x=x

Цх д „, (т т а также о среднем значении т33(среднеквадратическом отклонении g экспрессе, коэффициенте асимметрии и о любом телерантном интервале (L д, L ) .

При этом оценки Ь 1({>1 .могут бйть получены различными способами (3), (4)., (6)р (7), (9), что особенно. важно при наличии сбоев е канале передачи.и искажения некоторых значений (кодов) ряда (10)

Перед .поступлением данных, подлежацих передаче и прошедших блок

7, в канал передачи (на выход устройства ) они проходят блок 9 элементов ИЛИ и поступают в блок 10 памяти. При этом содержимое счетчика заполнения увеличивается на количест- . во ксдов, поступивших,в блок 10 памяти.- блок 10 памяти может рассматриваться как .регистратор измерительной информации (долговременная память) и как буферная память для согласования скоростей сбора (полу" чения) информации со скоростью передачи в канале связи. В обоих случаях считывание информации из блока 10 памяти производится через выходной регистр 12 при наличии на синхрониэирующем входе блока сигнала, поступа(ощего с первого синхрониэирующего входа устройства и определяющего режим и скорость считывания данных.

С каждым .тактовым импульсом считывания, поступа((3(цим параллельно на синхровход считывания блока 10 памяти и на вычитающий вход счетчика 11, содержимое последнего уменьшается на единицу. Сигнапы переполнения или .опустошения счетчика 11, формируемые .на управляющем выходе счетчика 11, служат для дополнительного управления потоком данных,-.вырабатыЭ5. ваемых устройством и подлежащих передаче и/или регистрации.

Перезапись выходной информации блока 4 и счетчика 5 числа реали-, . заций в блок 10 памяти возможна кроме рассмотренного выше случая, когда число к реализаций (сегментов} в счетчике 5 достигает заданного значения,.К=И в. трех случаях.

По синхросигналу, поступающему

45 извне устройства на его второй синхронизирующий вход и соответственно на второй вход элемента ИЛИ 6.

По сигналу переполнения разрядной сетки какого-либо из сумматоров 14 блока 4, данный сигнал с управляющего выхода блока 4 поступает на третий вход элемента ИЛИ 6.

По сигналу опустаиения блока 10 памяти, поступающего с управляющего выхода счетчика 11.заполнения на т(ретий вход элемента или 6.

В каждом иэ этих случаев сигнал, пройдя элемент ИЛИ 6, поступает на. — . управляющий вход счетчика 5 реализа9 9441 ций и блока 4 и заставляет переписать содержимое блоков 4 и 5 в блок 10 через блоки 7 и 9.

Назначение трех дополнительных режимов считывания информации из блоков 4 и 5 следующее.

Первый режим предназначен для осуществления регулирования интенсивности потока данных и, следовательно, степени заполнения блока 10 памя- 1о ти по внешней команде. Второй режим предназначен для предотвраще" ния искажений данных при подсчете сумм вида 1 в резулвтате переполнения разрядной сетки. Третий режим предназначен для предотвращения опустошения блока памяти, нежелательное во время сеансов передачи данных. поскольку передача нулей при опустошении памяти приводит к снижению эффективности систем со сжатием данных.

При наиболее простом варианте выполнения блока 4 (фиг. 3), на выход устройства вместо осредненных порядковых статистик х посту% пает тот или иной набор величин из ряда величин Х1, определяеььх слеМ дующим образом

К

X = с %(1) Х = K X ), зо

jg jq 9 к (н) )=1 (И) т.е. передаются. неосредненные суммы порядковых статистик. Это позволя.ет обойтись без выходных делителей .16, достаточно сложных по сравнению с блоками 14. Однако при этом обязательной передаче подлежит величина К, равная числу сегментов (или реализаций) и необходимая для осуществления операции осреднения сумм вида 12 потребителем информации ,на приемной стороне системы

% Ах%. — 1

45 (1) k)((4) х(Х) К)((,)""

«ф

Х(1)= КХ()

Поскольку в общем случае передаваемые данные состоят из пакетов по нескольку чисел (кодов), упорядо" ченных по величине 10 и разделенных числом К, то монотонность изменения.величины кодов (м-a) (N) может быть использована для обнаружения и исправления после передачи

44 10 возможных ошибок, вносимых каналом связи. Исправление айибок передачи сжатых данных в известном невозможно без применения дополнительных приемов помехоустойчивого кодирования.

Коэффициент сжатия данных К определяемый отношением объема вход- ° ных данных устройства Т> к объему выходных данных Тв„1„ сж» Tax " a к = — - ц

Т „мм и зависит для предлагаемого устройства только от величины и и И.

Последние определяются из условий .качественного решения задачи и могут адаптивным образом изменяться в . устройстве при измерениях, передаче . и регистрации. Величина М определяет потребное число квантилей для определения функции распределения р„ процесса и других статистических характеристик, а величина И orlределяет (совместно с Н) погрешность определения статистических характеристик.

В таблице приведена величина 3 среднего выигрыша по коэффициенту сжатия К,в случае применения предлагаемого устройства К„ - .т.е.

Кейнс

tlPoT где Д - величина допустимой погрешности восстановления процесса.

Данные таблицы получены методом статистических испытаний при моделировании на ЦВИ алгоритмов работы устройства к-прототипа и входных стационарных процессов. Проверка ве" личин ъ на реальных измеряемых процессах подтвердила правильность «полученных закономерностей таблицы.

Предлагаемое устройство позволяет в значительной степени повысить коэффициент сжатия данных и снизить требования к полосе частот канала связи при измерении быстроизменякщихси процессов. формула изобретения

1. Устройство для сжатия данных в многоканальных системах телеизмерений, содержащее входной регистр текущего отсчета, входной элемент

ИЛИ, блок вентильных элементов, соединенный с выходами блока синхронизации, блок памяти, считывающий вход которого соединен с вычитающим входом

11 94414 вход ного с чет чика заполнения памяти и выходной регистр, соединенный с информационным выходом блока памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельЮ повышения степени сжатия при передаче данных о быстроменяющихся измеряемых параметрах, введены блок ранжирования отсчетов; блок усреднения кодов порядковых статистик, блок элементов ИЛИ, счетчик числа реализа- 10 ций и счетчик отсчетов, вход которого соединен с управляющим выходом входного регистра текущего отсчета, выход которого соединен с инФормационным входом блока ранжирования отсчетов, выходы которого соединены с информационными входами блока усреднения кодов порядковых статистик, при этом управляющий вход блока ранжирования отсчетов соединен с выходом счетчика отсчетов и суммирующим входом счетчика числа реализаций, управляющий выход которого соединен с вторым входом входного элемента ИЛИ, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с управляющим выходом входного счетчика заполнения памяти и управляющим выходом блока усреднения кодов порядковых статистик, управляющий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ и с управляющими входами блока синхронизации и счетчика числа реализаций, выход которого соединен с дополнительным входом блока усредне35 ния кодов порядковых статистик, информационные выходы и дополнитель4 12 ный выход которого соединены с другими входами блока вентильных элементов, выходы которого соединены с входами блока элементов ИЛИ, информационный выход которого соединен с записывающим входом блока памяти, а управляющий выход соединен с суммирующим входом входно ro счетчика заполнения памяти.

2. Устройство по и. 1, о т л ичающ е ес я тем, что, блокусреднения кодов порядковых статистик содержит буферный регистр и элемент ИЛИ, входы которого соединены с управляющими -выходами сумматоров, информационные входы которых являются информационными входами блока усреднения кодов порядковых статистик, дополнительными входом и выходом которого являются вход и выход буферного регистра, причем синхронизирующие.входы считывания сумматоров соединены между собой и являются управляющим входом блока усреднения кодов порядковых статистик, у и ра вляющим вых одом кот оро го я вляется выход элемента ИЛИ, при этом к выходам соответствующих сумматоров подключены выходные делители кодов, другие входы которых соединены с выходом буферного регистра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 531158, кл. G Об F 15/00, 197б (прототип).

944 44

Фю 8

ФИГ. 3

Составитель 6. Гальцов

Редактор Н.Воловик Техред И.Гергель Корректор Ю.Макаренко

Заказ 5>5 77 ираж исное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113935, Москва, Ж-35 Рауаская йаб., д. 4/5

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