Устройство для адаптивного кодирования стационарных случайных процессов

Союз Советских

Социалистических

Республик (Ä) 734717

1 \

l (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1 1.03.77(21) 2461486/18-24 (51)M. Кл.

6 06 F 15/36 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет (23) Приоритет ло делам нзобретеннй н открытий

Опубликовано 15.05э80- Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 20.05,80 (53) УДК681 323, (088.8) (72) Авторы изобретения

Т, М Алиев, Э. А. Тургиев, Я, Л. Шейтман и А. С. Мякочин (71) Заявитель

Азербайджанский институт нефти и .химии (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО КОДИРОВАНИЯ

CTAHHO1IAPHbIX СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к области автоматических систем управления и контроля и предназначено для сокрашения избыточности при кодировании стационарных случайных процессов.

Для оптимального кодирования случайных процессов с заранее неизвестными областями изменения их значений использутот устройства адаптивного кодирования, в которых число уровней квантования, не-.

10 зависимо от диапазона изменения входной случайной величины, остается постоянным

;и минимальным в соответствии с требуемой точностью, а за счет адаптации ,автоматически изменяется цена деления.

Это позволяет сократить избыточность в результатах кодирования, сохранить

tIOCTOBHCTBO lIPO8BgB}IHOII I1OI PBlUHOCTH квантования при изменении диапазона

20 флуктуаций процессов в широких пределах: сократить аппаратурные и времен.ные затраты на дальнейшую статистическую обработку (определение корреляцион2 ной функции, плотности распределения и т.д. ).

Известно устройство адаптивного ко дирования с прогнозированием fl). Это устройство требует априорного знания характеристик кодируемого процесса (что не всегда известно) или введения в схему прогнозируюшего устройства, вызывающего большие аппаратурные затраты.

Наиболее близким по схеме и технической сущности является устройство 12) адаптивного кодирования с самонастройкой параметров по статистическим оценкам кодируемого процесса, которое содержит схемы статистической оценки математического ожидания, и среднеквадратического отклонения, коммутатор, сумматор, аналого-цифровой преобразователь и блок,, управления, причем на входе устройства включены схемы статис« тической оценки подсоединенные к коммутатору и сумматору-, выходы которых соединены со входами аналого-цифрового преобразователя. Известное устройство имеет малую точность и . аппаратурную

=ложность в связи с тем, что аналоговые по принципу действия схемы статистич тической оценки математического ожидания и среди отклонения

5 обладают большой погрешностью и являются сложными устройствами.

Белью изобретения является повышение точности адаптивного кодирования.

Это достигается тем, что в устройство 1 0 для адаптивного кодирования, содержащее сумматор, аналог цифровой преобразователь, вход которогс является входом устройства, а выход подключен к первой группе входов коммутатора, 15 управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя. Введены блок статистичес- 20 кой оценки максимума и блок статистической оценки минимума процесса, блок изменения масштаба и дополнительный коммутатор, первая группа входов которого подключена к соответствующим

-25 выходам сумматора, выходы старши.х разрядов которого подключены к соответствующим входам блока изменения масштаба, выходы которого соединены соответственно со второй группой входов дополнительного коммутатора, управляющий вход которого соединен с третьим входом блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим входом блока изменения масштаба, выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к соответствующим входам блоков статистической оценки максимума и минимума процесса, выходы которых соединены соответственно со второй группой входов коммутатора и с первой группой входов сумматора, вторая группа входов которого подключена к соответствующим выходам коммутатора

Повышение точности адаптивного кодирования обеспечивается тем, что источник сигнала соединен непосредственно с аналого-цифровым преобразователем, а все остальные блоки включены на выходе аналого-цифрового преобразователя, дискретные цо принципу действия и погрешности йе вносят.

Принцип действия описываемого устройства иллюстрируется фиг. 1, где

55 показаны временные диаграьалы и .фиг. 2 где приведена структурная схема устройства.

Процесс адаптивного кодирования

cocгоит из двух циклов: цикла адаптации (длительностью Ти) и цикла адаптивного кодирования или измерения (длительностью ц), Стационарный случайный процесс (® представляется на выходе аналого-цифрового преобразователя tl- разрядным двоичным кодом.

В цикле адаптации производится статистическая оценка минимума н и максимума „ц у, по которым определяется диапазон флюктуаций кодируемого процесса (размах), как разность значений (Х щ< -Xhng а также код масштаба % (k двоичных разрядов) цены деления. В зависимости от величины кода масштаба М (на фиг. 1 М=О) осуществляется перестройка схемы таким образом, что к выходу адаптивного устройства кодирования подключаются, 9 двоичных разрядов (где Я(И ) из и -разрядного представления величины размаха, начиная со старшего.значащего разряда; Это приводит к изменению цены деления b. устройства адаптивного кодированич при постоянной разрядности представления результата адаптивного кодирования. Величина цены деления связана с масштабом М соотношением Значение Хщ п при этом запоминается в специальном регистре. В цикле адаптивного кодирования (измерения) производится аналого-цифровое преобразование входного сигнала,Ж(+)и из полученного кода (tl разрядов) каждой ординаты хj вычитывается значение А,„ и (И -разрядов) определенное в цикле адаптации. При этом получаются значения ординат нового смешенного случайного гроцесса ((И :

У =Х ° -Х пип

Полученные ординаты представляются на выходе устройства адаптивного кодирования S-ðàçðÿäíûì двоичным кодом с ценой деления соответствующей определенному в цикле адаптации масштабу № Число разрядов S выбирается в соответствии " требуемой точностью измерения. В результате адаптивного кодирования на выходе устройства образ ется массив значений выборок стацио7347

М

y„=2 .Z1+Х Ы (4) а

5 парного случайного процесса (t ) определяемых следующим образом: (" "m,1

Z. = г = (3)

1 м

Очевидно, что восстановить исходный случайный процесс можно в соответствии с (4):

На фиг. 2 представлена блок-схема устройства содержашая аналого-цифровой преобразователь 1, блок 2 управления, блок 3 статистической оценки максимума,блок 4 статистической оценки минимума, коммутатор 5, сумматор 6, блок 7, изменения масштаба дополнительный коммутатор 8.

Кодируемый стационарный случайный процесс )((4) поступает на вход И— разрядного аналого-цифрового преобразователя 1. Блок 2 управления формирует тактовые импульсы, по которым аналогоцифровой преобразователь вырабатывает ординаты.Х . В цикле адаптации блоки 3 статистической оценки максимума и 4 минимума определяют значения Х с,, и

Х п.(за время адаптации Т „. По окончании Т блок 2 управления выра30 батывает управляющий импульс, по которому со схемы 3 через коммутатор 5 на сумматор 6 поступает значение максимума Х „с„, ° В сумматоре 6 из носледнего вычитается значения минимума Х << поступающее на сумматор с блока 4. На выходе сумматора 6 образуется величина, равная диапазону флуктуаций кодируемого процесса Х() (размах). Старшие (Ь вЂ” 5 ) разрядов размаха поступают на вход блока 7 изменения масштаба. На выходе блока 7 образуется код масштаба М. Если во всех (H-5 ),старших разрядах кода размаха на выходе сумматора 6 сигнал логического О, то N-"0. Если логическая "1" имеется только в (B h )=м разряде, то N=l. Если логическая "1 имеется в (5+2)-м разряде, причем со50 стояние (5+1)-ro разряда безразлично, то N = 2 и т.д.

Очевидно, что общее количество масштабов равно (Н -5+ 1), В соответст вии с определенным значением кода масштаба М, поступающим с блока 7

S5 изменения масштаба, на выход дополнительного коммутатора 8 подключаются S ,разрядов И -разрядного двоичного ко17 6 да с выхода сумматора 6 следуюшим образом: при М = О (диапазон флуктуаций, g(k ) меньше 2 ) на выход коммутаь тора 8 подключаются от 1 до 5-го младшего разряда с выхода сумматора

6, при М = 1 (дМпазон флуктуаций

g(4 ) меньше 2 . ) на выход комму5 татора 8 подключаются от 2-го до (S +1) -Го младшего разряда с Выходя сумматора 6 и т.д. На этом цикл адаптации заканчивается В цикле адаптивного кодирования выход аналого-цифрового преобразователя 1 через коммутатор 5 соединяется со входом сумматора 6. В каждом такте аналогоцифрового преобразователя на выходе сумматора 6 образуется разность между текущими ординатами Х и значением минимума Хщщрпределенного в цикле адаптации. Эта разность J1 на выходе сумматора 6 представляется на выходе коммутатора 8 в виде 2. в соответствии с (3).

Таким образом, независимо от диапазона флуктуаций кодируемого процесса

Х (+) результат адаптивного кодирования „. представляется в соответствии с (3) 5 -разрядн mr. двоичным кодом.

Кроме того, на выходе устройства адаптивного кодирования представлены значение Хщ (и-двоичных разрядов) и код масштаба (k-двоичных разрядов), опредепяюший цену деления в соответствии с (1).

Как указывалось выше восстановить исходный случайный процесс М (i. ) возможно в соответствии с (4) ..

К преимушествам предложенного усч ройства следует отнести возможность использования в его схеме стандартных аналого-цифровых преобразователей, выпускаемых промышленностью, а также аначого-цифровых преобразователей любых физических величин (электрических и неэлектрических), например угол-код.

Последнее обстоятельство значительно расширяет области применения предлагаемого. устройства и выгодно отличает его от известных, предназначенных для адаптивного кодирования случайных процессов в виде электрического напряжения.

Формула изобретения

Устройство для адаптивного кодирования стационарных случайных процессов, содержаI шее сумматор, аналого-цифровой преобразователь, вход которого является в.-;одом

x(c) 7 7347 устройства, а выход подключен к первой группе входов коммутатора, управлаюший вход которого соединен с первым выхо дом блока управления, второй выход которого подключен к управляюшему входу аналог -цифрового преобразователя о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности адаптивного кодирования, в устройство введены блок статистической оценки максимума и 10 блок статистической оценки минимума, процесса, блок изменения масштаба и дополнительный коммутат- р, первая группа входов которого подключена к соответствуюшим выходам сумматора, выходы старших разрядов которого подключены к соответствуюшим входам блока изменения масштаба, выходы которого соединены соответственно со второй группой входов дополнительного коммутатора, управляюший вход которого соединен

ЦНИИПИ Заказ 2090/52

Тираж 75 1 Подписное

Филиал ППП Патент

r. Ужгород,ул. Проектная,4

17 Я с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с управляюшим входом блока изменения масштаба, выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к соответствуюшим входам блоков статистической оценки максимума и минимума прс цесса, выходы которых соединены соответственно со второй группой входов коммутатора и с первой группой входов сумматора, вторая группа входов которого подключена к соответствуюшим выходам коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 293239, кл. G06 F 15/36, 1971.

2. А, И, Галушкин, Ю. Я. Зотов, Ю. A. Шикунов Оперативная обработка экспериментальной информации М„"Энергия", 1972, стр. 49-54.