SU959129A1 - Устройство дл сокращени избыточности информации - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯ ИЗБЫТОЧНОСТИ

ИНФОРМАЦИИ

1

Изобретение относитс  к приему, передаче и обработке нформации и может быть использовано в различных отрасл х промышленности , где требуетс  обрабатывать большие информационные массивы.

Известно устройство дл  обработки и сжати  информации, содержаш.ее регистры текушей выборки и числа, сумматор, блок оперативной пам ти, блок буферной пам ти, счетчик заполнени , элемент сравнени  и элементы И, ИЛИ 1.

Недостатком такого устройства  вл етс  низкое быстродействие и сложность аппаратурной реализации.

Наиболее близким по тенической суш,ности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  сокрашени  избыточности информации, содержаш,ее первый регистр, второй регистр, вход которого  вл етс  информационным входом устройства, первый блок вычитани , первым и вторым, входами соединенный с выходами первого и второго регистров, выход первого блока вычитани  соединен с первым арифметическим блоком, второй арифметический блок, блок синхронизации, соединенный с входными шинами, ключ, первым входом соединенный с выходом первого регистра, выходом - с выходной шинок, выход блока вычитани  соединен через дешифратор и первый арифметический блок с вторым арифметическим блоком и выходным арифметическим блоком, выход которого подключен к второму входу ключа, второму арифметическому блоку и к второму входу счетчика, первый вход которого соединен с входом устройства, а выход подключен к второму входу дешифратора 2. Недостатками такого устройства  вл ют10 с  сложность его аппаратурной реализции, а также ограниченность его использовани  дл  сжати  информации процессов с повышенной динамикой, т. е. низкое быстродей . ствие. Это бъ сн етс  тем, что данное устройство реализует критерий выборки в соот15 ветствии с выражением

Ai-t

б.

гдеД1 -прирашение процесса

на i-OM такте;

1 -текуш,а  ордината процесса; Y - предыдуша  ордината процесса; i - текущее число шагов квантовани  в выборке;

б - допустимое значение линейной аппроксимации;

л - коэффициент, завис щий от точности аппроксимации.

Реализаци  указанного критери  требует осуществлени  операций сложени , вычитани , делени , умножени  и возведени  в степень. Это приводит к значительным аппаратурным затратам. Обработка одного приращени  в устройстве, как показано ниже в технико-экономическом обосновании, происходит за 19 тактов.

Цель изобретени  - повыщение быстродействи  и упрощение устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее первый регистр, второй регистр, вход которого  вл етс  информационным входом устройства, первый блок вычитани , первым и вторым входами соединенный с выходами первого и второго регистров, выход первого блока вычитани  соединен с первым арифметическим блоком, второй арифметический блок, блок синхронизации , соединенный с входными шинами, ключ, первым входом соединенный с выходом первого регистра, а выходом - с выходной щиной, дополнительно введены третий регистр, блок анализа, второй блок вычитани , блок сравнени , триггер, регистр сдвига и элементы И, первый вход первого элемента И соединен с информационным входом устройства, а выход подключен к первым входам первого и третьего регистров, выход второго регистра подключен к второму входу третьего регистра, которого соединен с первым входом второго блока вычитани , к второму входу которого подключен выход первого регистра, первый, второй, третий и четвертый входы блока анализа соединены с первым и вторым выходами соответственно первого и второго блоков вычитани , третий выход второго блока-вычитани  подключен к первому входу второго арифметического блока, управл ющие входы первого и второго арифметических блоков через второй элемент И подключены к первому выходу блока анализа, выходы первого и второго арифметических блоков соединены с первым и вторым входами блока сравнени , выходы которого соединены с п тым и шестым входами блока анализа, нулевой выход триггера соединен с вторым входом первого элемента И и с информационным входом регистра сдвига, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого подключен к второму входу ключа, второй, третий и четвертый выходы блока анализа соединены с управл ющими входами третьего и первого регистров и с вторым входом третьего элемента И соответственно, седьмой вход блока анализа и R-вход триггера соединены с соответствующими входами уст .ройства, первый выход блока синхронизации

соединен с управл ющим входом регистра сдвига, второго регистра и с третьим входом первого элемента И, второй выход - с управл ющими входами блоков вычитани  и с S-входом триггера, третий выход :- с вторым входом второго элемента И, четвертый выход - с управл ющим входом блока сравнени .

Блок анализа содержит элементы ИЛИ, И, ИЛИ-НЕ и элементы задержки, первые в|:оды элементов И и первый и второй входы первого элемента ИЛИ-НЕ подключены к первому и второму входам блока анализа, выходы соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого через первый элемент задержки соединен с вторым выходом блока анализа, третий и четвертый входы блока анализа соединены с вторыми входами элементов И с третьим и четвертым входами первого и с первым -и вторым входами второго элемента ИЛИ-НЕ, третий вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ и к первому выходу блока анализа, выход подключен к первому входу третьего элементаИЛ И, второй и третий входы которого соединены соответственно с п тым и седьмым входами блока анализа, выход подключен к четвертому выходу блока анализа, к второму входу второго элемента ИЛИ и через второй элемент задержки - к третьему выходу блока анализа, третий вход второго элемента ИЛИ соединен с шестым входом блока анализа.

На. фиг. 1 .приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - крива  дл  по снени  принципа сокращени  избыточности .

Устройство (фиг. 1) содержит регистры 1 и 2, блок 3 вычитани , арифметические блоки 4 и 5, блок 6 синхронизации, соединенный с входными щинами 7 и 8, ключ 9, выходную щину 10, информационную щину 11, регистр 12, элемент И 13, блок 14 вычитани , блок 15 анализа, элемент И 16, блок 17 сравнени , триггер 18, регистр 19 сдвига, элемент И 20 и входную щину 21.

Блок 15 анализа содержит элементы И 22 и 23, элементы ИЛИ 24 и 25, элемент 26 задержки, элементы ИЛИ-НЕ 27 и 28, элемент ИЛИ 29 и элемент 30 задержки.

Суть метода обработки информации, заложенного в предлагаемом устройстве, состоит в определении отнощени  - дл  каждой точки двухмерного информационного массива, сравнени  этого отнощени  с соответствующим отнощением дл  предыдущей точки с заданной точностью, т.е. дл  i-й точки определ етс  отношение и сравниваетс  с отношением ху полученным дл  (i - 1)-й точки,

где Д Y.i Y., - Yo; 1 Yi Yt - YO ;

ДХ., X,.,-Х„;ЛХ1 Х -Х„; a Х„, X ; Xu, , Y;.., ; Xj, Y - координатыначальной (или информативной), (i - 1)-й и i-и точки соответственно.

Иными словами, реализуетс  с заданной точностью критерий выборки в соответствии с выражением

4м 4yi Д/м

При этом точность (или погрешность) сравнени  задаетс  оператором длиной разр дной сетки сравниваемых отношений

А. ЛХ, Л X;-i

Устранение избыточности вводимой двухмерной информации осуществл етс  в реальном масштбе времени в процессе анализа текущих координат. При этом вы вл ютс  пр молинейные участки кривой. Точки перехода из криволинейного участка в пр молинейный и наоборот считываютс  характерными точками данной кривой. В процессе такой . обработки координаты характерных точек поступают на выход устройства дл  ввода в ЭВМ, а координаты точек, лежащих на пр молинейных участках вводимой кривой , на выход устройства не поступают и в ЭВМ не ввод тс .

Дл  анализа формы вводимой кривой в устройстве определ ютс  элементарные приращени  координат АХ, AY каждой последующей точки относительно предыдущей, дл  чего координаты первой точки записываютс  в регистр 1, второй - в регистр 12, третьей - в регистр 2, при этом на блок 14 вычитани  поступают координаты из регист ров 1 и 12, а на блок 3 вычитани  - из регистров 1 и 2. Блок 14 определ ет разности АХ., и AY,, а блок 3 определ ет разности AXj и АУ. Значени  АХ и АУ поступаюФ в арифметический блок 5, а значени  АХ и АУг поступают в арифметический блок 4, причем на выходе блока 5 получаетс  частное , а на выходе блока 4 частное ..

-, сЛ At,ija

Полученные частные  вл ютс  тангенсами углов наклона элементарных отрезков пр мых или элементарными производными вводимой кривой. Сравнива  между собой значени  и , можно определить, лежат точки народной пр мой или нет. При неравенстве частных и 0 даетс  разрешение на вывод координат точки в ЭВМ, а также перезаписи координат первой точки в регистр 1, а второй точки в регистр 12, а при равенстве двух значений даетс  разрешение только на перезапись координат второй точки в регистр 12, при этом координаты первой точки стираютс . В обоих случа х координаты последующей точки записываютс  в регистр 12. При обнаружении признака пр молинейного участка координаты каждой последующей точки на этой пр мой сопоставл ютс  с координатами начальной точки участка, чем достигаетс  высока  точность

анализа и исключает :  ошибочное .представление криволинейных участков с большим радиусом кривизны пр молинейными. При обнаружении криволинейного участка координаты каждой последую-щей точки на этой кривой анализируютс  с координатами каждой предыдущей точки, и при выполнении услови  неравенства координаты предыдущей точки передаютс  в ЭВМ. При этом количество выводимых точек на единицу длины участка кривой зависит от кривизны участка И величины прин той координаты. При обнаружении участка пр мой, параллельной оси координат, т. е. когда АХ или А У равны нулю, работа блоков 4 и 5 запрещаетс  и формируетс  сигнал, аналогичный сигналу равенства блока 17 сравнени , который также разрешает только перезапись кооу динат из регистра 2 в регистр 12, при этом координаты в регистре 2 стираютс , т. е. устройство работает аналогично рассмотренному ранее

J м 2, Аоо lAoi Ь I Авч .олинейному участку, однако без использовани  блоков 4 и 5 и блока 17 сравнени .

Устройство работает следующим образом

Перед началом ввода двухмерного процесса по входной шине 7 на R-вход триггера 18 и на один из входов блока 6 синхронизации поступает сигнал установки. Триггер 18 устанавливаетс  в нулевое состо ние , причем сигнал с нулевого выхода триггера 18 поступает на элемет И 13 и на первый вход регистра 19 сдвига.

При вводе первой и последующих точек по входной шине 8 на второй вход блока 6 синхронизации поступает сигнал ввода, при этом на выходах (а, б, в, г) блока 6 поочередно формируютс  тактовые импульсы. Одновременно с сигналом ввода по входной шине 11 на входы элемента И 13 и регистра 2 из устройства съема данных поступают координаты X, У начальной точки в цифровом параллельном коде. Сигнал с первого выхода (а) блока 6 синхронизации разрешает запись координат X, У в регистры 1, 2 и 12 через элемент И 13. Регистры 1, 2 и 12 построены таким образом, что при записи новой информации предыдуща  информаци  стираетс  (например, на триггерах D-типа). Сигнал (а) с первого выхода блока 6 про изводит запись в первый разр д регистра 19 единицы.

Далее при поступлении со второго выхода (б) блока 6 сигнала на S-вход триггера 18 он устанавливаетс  в единичное состо ние и блокирует поступление координат X, У в регистры 1 и 12 через элемент И 13, а также прекращаетс  поступление единичного сигнала на первый вход регистра 19. Одновременно сигнал (б) со второго выхода блока 6 поступает на управл ющие входы блоков 3 и 14, который дает разрешение на вход в, блоки 3 и 14 координат X, У

начальной точки в параллельном двоичном коде из регистра 1, а также на ввод в блок 14 координаты начальной точки из регистра 12 и в блок 3 координаты начальной точки из регистра 2. Блоки 3 и 14 определ ют разность координат, поступивших из регистров 1, 2 и 12. В данном начальном случае АХ,, AY О, АХ, - AY. 0. На первых и вторых выходах блоков 3 и 14 формируютс  сигналы, поступающие на входы элемента ИЛИ-НЕ 27, нулевой выходной сигнал которого блокирует через элемент И 16 прохождение разрешающего работу блоков 4 и 5 сигнала (в) третьего выхода блока 6. Одновременно сигналы ДХ,, 0и AXj, Oc первых выходов блоков 14 и 3 соответственно поступают на входы элемента И 22, а сигналы AY О и AYg О со вторых выходов блоков 14 и 3 соответственно поступают на входы элемента И 23, а сигналы совпадени  с выходом элементов И 22 и 23 через элементы ИЛИ 24 и 25 и элемент задержки 26 поступают на управл ющий вход регистра 12, разреша  запись координат начальной точки из регистра 2 в регистр 12, при этом предыдущие координаты в регистре 12 автоматически стираютс .

Следующий сигнал ввода по шине 8 поступает на первый вход блока 6, который вновь формирует сигнал (а), поступающий на второй вход элемента И 13 и управл ющий вход регистра 2, разреша  запись координат следующей первой точки в регистр 2. Кроме того, сигнал (а) первого выхода блока 6 поступает на второй вход двухразр дного регистра сдвига 19, устанавлива  второй разр д регистра 19 в единичное состо ние , а нулевой сигнал с нулевого выхода регистра сдвига 19 блокирует по первому входу элемент И 20.

По сигналу (б) второго выхода блока 6 в блоки 3 и 14 поступают координаты начальной и первой точек, причем блок 14 определ ет разность координат , а-блок 3 - АО |-АОО. При этом на первом и втором выходах блока 14 формируютс  сигналы, соответствующие значени м AX AYy, 0, которые поступают на первый и второй входы элемента ИЛИ-НЕ 27. Нулевой выходной сигнал элемента ИЛИ-НЕ 27 блокирует элемент И 16, запреща  работу блоков 4 и 5, а единичный выходной сигнал элемента ИЛИ-НЕ 28 через элемент ИЛИ 29 поступает на элемент 30 задержки и через элемент ИЛИ 25 на элемент 26 задержки, а также поступает на элемент И 20, однако элемент И 20 заблокирован выходным сигналом регистра 19 сдвига, как уже говорилось выше. Врем  задержки элемента 26 больше, чем элемента 30 задержки, следовательно, выходной сигнал элемента 30 задержки поступает на управл ющий вход регистра 1 .и разрешает перезапись координат точки Аоо из регистра 12 в регистр 1, а затем выходной

сигнал элемента 26 задержки поступает на управл ющий вход регистра 12 и разрешает перезапись координат точки из регистра 2 в регистр 12.

Очередной сигнал ввода по шине 8 поступает на блок 6, который формирует сигнал на своем первом выходе, поступающий на управл ющий вход регистра 2, разреша  запись координат очередной точки Аоа. в регистр 2. Кроме того, сигнал (а) первого выхода блока 6 поступает на второй вход регистра 19 сдвига, устанавлива  его в исходное состо ние, при этом разблокирует элемент И 20.

По сигналу (б) второго выхода блока 6 в блок 14 поступают координаты точки ABO, э в блок 3 - точек АОО- Блок 14 определ ет разность координат AOI-АОО, а блок 3 - разность координат Аог-А д (см. фиг. 1 и 2). Так как оба результата отличны от нул , то на первых и вторых выходах блоков 3 и 14 формируютс  нулевые сигналы, при этом на выходе элемента ИЛИНЕ 27 формируетс  единичный сигнал, блокирующий элемент ИЛИ-НЕ 28, на выходе которого формируетс  нулевой сигнал и разблокирует элемент И 16, через который на блоки 4 и 5 поступает сигнал (в) третьего выхода блока 6, который разрешает ввод значений АХ, и третьего выхода блока 14 в блок 5 и АХа и AYa с третьего выхода блока 3 в блок 4. Частные от делений и 11 поступают на входы блока 1 / сравнени , который по сигналу (г) четвертого выхода блока 6 производит сравнение кодовых комбинаций частных.

В данном случае результатом  вл етс  сигнал равенства на первом выходе блока сравнени , поступающий на третий вход элемента ИЛИ 25 и через элемент 26 задержки на управл ющий вход регистра 12, разреша  перезапись координат точки А из регистра 2 в регистр 12, при этом координаты точки А в регистре 12 автоматически стираютс 

Аналогично описанному производитс  анализ координат на отрезках ( AJQ), (A(j; A4o)i (А4о; Ад).

Claims (2)

1. При поступлении в регистр 2 координат очередной точки Ai,2, производитс , как и ранее, определение разности в блоке 14 Ад, , а в блоке 3 Аад.-Азд. При этом на вторых выходах блоков 3 и 14 формируютс  сигналы, поступающий на элемент ИЛИНЕ 27, выходной сигнал которого блокирует элемент И 16, запреща  тем самым работу блоков 4 и 5. Кроме того, сигналы со вторых выходов блоков 3 и 14 поступают на вход элемента И 23, выходной сигнал которого через элементы ИЛИ 24 и 25 и элемент 26 задержки поступает на управл ющий вход регистра 12, разреша  перезапись координаты точки Ада из регистра 2 в регистр 12, при этом координаты точки A4i автоматически стираютс . Аналогично устройство работает до поступлени  в регистр 2 координат точки Азг- Далее устройство работает, как описывалось выше. При окончании ввода кривой из устройства съема по шине 21 поступает сигнал окончани  съема, представл ющий собой два последовательных импульса, причем первый сигнал через элемент ИЛИ 29 поступает на элемент И 20 и открывает группу ключей 9, разреша  вывод координаты точки Ав-1 в ЭВМ или блок обмена, затем с выхода элемента 30 задержки поступает на управл ющий вход регистра 1, разреша  перезапись координат точки . из регистра 12 в регистр 1. Второй сигнал окончани  съема через элемент ИЛИ 29 поступает на выходную шину 10 и на элемент И 20, разреша  вывод координаты точки в ЭВМ или в блок обмена. Быстродействие таких устройств определ етс  средним временем, затрачиваемым на все операции, выполн емые дл  реализации критери  выборки, осуществл емого этими устройствами. Расчет этого времени (в тактах) дл  прототипа и дл  предложенного устройства, учитыва  параллельность выполнени  некоторых операций, а также коэффициент, согласно которому врем  на выполнени  операций типа умножени  (делени ) в 5 раз больше, чем врем  выполнени  операций типа сложени  (вычитани ), показывает , что предложенное устройство выполн ет обработку одной точки за 8 тактов против- 19 у прототипа. Кроме того, в предложенном устройстве треть  операци , т. е. операци  определени  д(м выполн етс , если хот  бы одна из разностей (AXi-, AYi--, ,ЛХ;, АУц) равна нулю. В этом случае дл  обработки координаты одной точки требуетс  всего две операции , выполн емые за два такта. Таким образом, быстродействие предложенного устройства в несколько раз выше, чем у прототипа, что позвол ет производить сжатие информации непосредственно в реальном масштабе времени, а также использовать более быстродействующие устройства съема данных. Разница в аппаратурных затратах также видна из сопоставительного анализа количества производимых операций и нх сложности. Формула изобретени  1. Устройство дл  сокращени  избыточности информации, содержащее первый регистр, второй регистр, вход которого  вл етс  информационным входом устройства, первый блок вычитани , первым и вторым входами соединенный с выходами первого и второго регистров, выход первого блока вычитани  соединен с первым арифметичесКИМ блоком, второй арифметический блок, блок синхронизации, соединенный с входными шинами, ключ, первым входом соеди ненный с выходом первого регистра, а выходом - с выходной шиной, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и упрощени  устройства, в него введены третий регистр, блок анализа, второй блок вычитани , блок сравнени , триггер, регистр сдвига и элементы И, первый вход первого элемента И соединен с информационным входом устройства, а выход подключен к первым входам первого и третьего регистров, выход второго регистра подключен к второму входу третьего регистра, выход которого соединен с первым входом второго блока вычитани , к второму входу которого пЬдключен выход первого регистра, первый, второй третий и четвертый входы блока анализа соединены с первым и вторым выходами соответственно первого и второго блоков вычитани , третий выход второго блока вычитани  подключен к первому входу второго арифметического блока, управл ющие входы первого и второго арифметических блоков через второй элемент И подключены к первому выходу блока анализа, выходы первого и второго арифметических блоков соединень с первым и вторым входами блока сравнени , выходы которого соединены с п тым и шестым входами блока анализа, нулевой выход триггера соединен с вторым входом первого элемента И и с информационным входом регистра сдвига, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого подключен к второму входу ключа, второй, третий и четвертый выходы блока анализа соединены с управл ющими входами третьего и первого регистров и с вторым входом третьего элемента И соответственно, седьмой вход блока анализа и R-вход триггера соединены с соответствующими входами устройства, первый выход блока синхронизации соединен с управл ющим входом регистра сдвига, второго регистра и с третьим входом первого элемента И, второй выход - с управл ющими входами блоков вычитани  и с S-входом триггера, третий выход - с вторым входом второго элемента И, четвертый выход - с управл ющим входом блока сравнени .
2. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок анализа содержит элементы ИЛИ, И, ИЛИ-НЕ и элементы задержки, первые входы Элементов И и первый и второй входы первого элемента ИЛИ-НЕ подключены к первому и второму входам блока анализа, выходы соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого через первый элемент задержки соединен с вторым выходом блока анализа, третий и четвертый входы блока анализа соединены с вторыми входами элементов И с третьим и четвертым входами первого и с первым и вторым входами второ