Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ (ВАРИАНТЫ)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ (ВАРИАНТЫ)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ (ВАРИАНТЫ)

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области сокращения информационной избыточности. Оно позволяет повысить быстродействие и коэффициент сжатия данных, обеспечиваемые устройством. Для этого оно на каждом уровне обработки содержит блоки 1-3 сжатия данных, причем выход обобщенных данных и выход признака обобщения блока предыдущего уровня соединены соответственно с информационным входом и входом признака обобщения блока смежного более высокого уровня, а каждый блок сжатия содержит формирователь 4 локальных центров, вычитатель 5, узел 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, квантователь 7, вычислитель 8 обобщенных данных, формирователь 9 признаков обобщения, а также в вариантах устройства - узел 10 адаптивной регулярной дискретизации и узел 11 адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации. 4 с.п.ф-лы, 1 табл., 11 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2093957
Класс(ы) патента: H03M7/30, H04N7/12
Номер заявки: 94034780/09
Дата подачи заявки: 20.09.1994
Дата публикации: 20.10.1997
Заявитель(и): Научно-производственное предприятие "Информационные технологии"
Автор(ы): Михайлов Б.А.
Патентообладатель(и): Научно-производственное предприятие "Информационные технологии"
Описание изобретения: Изобретение относится к области сокращения информационной избыточности и, в первую очередь, сжатия данных, представляющих многомерные сигналы, в частности, изображения.
Известны устройства [1] для сжатия данных без потерь информации, содержащие блок предсказания, вычитатель и блок неравномерного кодирования. Такие устройства имеют небольшой коэффициент сжатия данных.
Известны устройства [2] для сжатия данных в пространстве преобразований, содержащие последовательно соединенные блоки дискретного интегрального типа преобразования (косинусного, Уолша и т.д.), квантования и неравномерного кодирования. Недостатком этих устройств являются негарантированное воспроизведение низкоэнергетичных элементов сигнала и высокая сложность.
От этого недостатка свободны устройства [3, 4] для сжатия данных методом дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ), содержащие вычитатель, вход уменьшаемого которого является информационным входом устройства, квантователь, выход которого является выходом устройства, а также предсказатель значения текущего отсчета, выход и один вход которого соединены с входом вычитаемого вычитателя, а другой вход с выходом квантователя, вход которого соединен с выходом вычитателя.
Однако и эти устройства имеют недостаток, состоящий в низком быстродействии и недостаточно высоком коэффициенте сжатия данных. Низкое быстродействие обусловлено использованием предсказателя, задерживающего действия по текущему отсчету сигнала до выполнения действий по предыдущему отсчету. Недостаточно высокой коэффициент сжатия обусловлен поточечным (негрупповым) характером действий, а также отсутствием средств декорреляции отсчетов сигнала посредством адаптивной дискретизации, при которой соответственно соотношению значений разностей в группе отсчетов для этой группы назначался бы шаг дискретизации, совпадающий с исходной частотой дискретизации или отличающийся от нее (адаптивная регулярная дискретизация), или одинаковые по некоторому критерию разности независимо от их местоположения в группе объединялись бы в серии (адаптивная нерегулярная дискретизация).
С другой стороны, известны устройства [5] для сжатия данных, содержащие на каждом уровне обработки блок сжатия данных, каждый из которых имеет вход идентификации обобщенных данных, вход порога нерегулярной дискретизации, информационный выход и выход кода конфигурации, являющиеся одноименными входами и выходами устройства, причем выход обобщенных данных и вход идентификации обобщенных данных блока сжатия предшествующего уровня соединены соответственно с информационным входом и входом идентификации данных блока сжатия смежного последующего уровня, информационный вход и вход идентификации данных блока сжатия нижнего уровня и выход обобщенных данных блока сжатия верхнего уровня являются одноименными входами и выходом устройства, при этом каждый блок сжатия содержит узел нерегулярной пороговой дискретизации, квантователь и вычислитель обобщенных данных, причем вход идентификации обобщенных данных, вход идентификации данных, вход порога нерегулярной дискретизации, выход кода конфигурации, а также информационный вход узла нерегулярной пороговой дискретизации являются одноименными входами и выходами блока сжатия, выход квантователя и выход вычислителя обобщенных данных являются соответственно информационным выходом и выходом обобщенных данных блока сжатия, а вход квантователя соединен с информационным выходом узла нерегулярной пороговой дискретизации.
Благодаря пирамидальной (иерархической) структуре действий эти устройства имеют достаточно большой фрагмент обработки, что обеспечивает групповой характер сжатия данных. Это, а также многовариантное образование серий отсчетов способствует повышению коэффициента сжатия данных.
Однако и эти устройства имеют недостаток, состоящий в недостаточно высоком коэффициенте сжатия, поскольку возможность повышения коэффициента сжатия ограничена в них отсутствием средств декорреляции посредством адаптивной регулярной дискретизации, адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации, разностного кодирования, а также недостаточной многовариантностью образования серий отсчетов.
Заявляемое изобретение направлено на исключение предсказателя и повышение степени декорреляции отсчетов сигнала.
Решение этой задачи дает повышение быстродействия и коэффициента сжатия данных, обеспечиваемых устройством.
Для этого (в первом варианте) в устройстве для сжатия данных, содержащем на каждом уровне обработки блок сжатия данных, каждый из которых имеет вход идентификации обобщенных данных, вход порога нерегулярной дискретизации, информационный выход и выход кода конфигурации, являющиеся одноименными входами и выходами устройства, причем выход обобщенных данных и вход идентификации обобщенных данных блока сжатия предшествующего уровня соединены соответственно с информационным входом и входом идентификации данных блока сжатия смежного последующего уровня, информационный вход и вход идентификации данных блока сжатия нижнего уровня и выход обобщенных данных блока сжатия верхнего уровня являются одноименными входами и выходом устройства, при этом каждый блок сжатия содержит вычитатель, узел адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, квантователь и вычислитель обобщенных данных, причем вход уменьшаемого вычитателя, вход порога, вход идентификации данных, вход идентификации обобщенных данных, выход кода конфигурации узла нерегулярной дискретизации являются одноименными входами и выходом блока сжатия, выход квантователя и выход вычислителя обобщенных данных являются соответственно информационным выходом и выходом обобщенных данных блока сжатия, а информационный выход узла нерегулярной пороговой дискретизации соединен входом квантователя, в нем блок сжатия данных каждого уровня имеет выход признака обобщения данных, являющийся одноименным выходом устройства, причем выход признака обобщения блока сжатия каждого более низкого уровня соединен с входом признака обобщения блока сжатия смежного более высокого уровня, вход признака обобщения блока сжатия нижнего уровня является одноименным входом устройства, а в каждый блок сжатия дополнительно введены формирователь локальных центров и формирователь признаков обобщения данных, при этом вход и выход признаков обобщения формирователя признаков обобщения являются одноименными входом и выходом блока сжатия, выход формирователя локальных центров соединен с входом вычитаемого вычитателя и с первым входом вычислителя обобщенных данных, выход признака полной серии из состава выхода кода конфигурации узла нерегулярной пороговой дискретизации соединен с вторым входом вычислителя обобщенных данных и входом признаков полной серии формирователя признаков обобщения, а вход идентификации локальных центров, информационный вход формирователя локальных центров, выход вычитателя, выход медиального значения разностей узла нерегулярной дискретизации, вход идентификации данных формирователя признаков обобщения соединены соответственно с входом идентификации обобщенных данных, информационным входом блока сжатия, информационным входом узла нерегулярной пороговой дискретизации, третьим входом вычислителя обобщенных данных, входом идентификации данных блока сжатия. Это позволяет запоминать в формирователе оценок локальных центров блока сжатия нижнего уровня один из группы отсчетов сигнала и вычислять в вычитателе разность между этим отсчетом (локальным центром) и остальными отсчетами группы, то есть производить частичную декорреляцию отсчетов сигнала без предсказателя, выявлять в группе разностей серии разностей, различие между которыми не превышает порога, заменять входящие в серии разности их медиальными значениями, в том числе использовать медиальное значение разностей группы как коррективу локального центра, идентифицировать совокупность получающихся серий различной длины и одиночных (уникальных) разностей соответствующим кодом конфигурации, а также повторять эти действия для скорректированных локальных центров (обобщенных данных) в блоках сжатия более высокого уровня, объединяя тем самым сжатые данные групп в фрагмент с общей иерархией (пирамидой) кодов конфигурации и дополняющих их признаков обобщения. В итоге это позволяет повысить быстродействие устройства и коэффициент сжатия данных. Кроме того, изменением порога нерегулярной дискретизации можно управлять коэффициентом сжатия данных, например, в зависимости от заполненности уравнивающего буфера в системах, использующих предлагаемое устройство.
Второй вариант предлагаемого устройства состоит в том, что в устройстве для сжатия данных, содержащем на каждом уровне обработки блок сжатия данных, каждый из которых имеет вход идентификации обобщенных данных, вход порога нерегулярной дискретизации, информационный выход и выход кода конфигурации, являющиеся одноименными входами и выходами устройства, причем выход обобщенных данных и вход идентификации обобщенных данных блока сжатия предшествующего уровня соединены соответственно с информационным входом и входом идентификации данных блока сжатия смежного последующего уровня, информационный вход и вход идентификации данных блока сжатия нижнего уровня и выход обобщенных данных блока сжатия верхнего уровня являются одноименными входами и выходом устройства, при этом каждый блок сжатия содержит вычитатель, узел адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, квантователь и вычислитель обобщенных данных, причем вход уменьшаемого вычитателя, вход порога, вход идентификации данных, вход идентификации обобщенных данных узла нерегулярной дискретизации являются одноименными входами блока сжатия, выход квантователя и выход вычислителя обобщенных данных являются соответственно информационным выходом и выходом обобщенных данных блока сжатия, а информационный выход узла нерегулярной пороговой дискретизации соединен с входом квантователя, в нем блок сжатия данных каждого уровня имеет выход признака обобщения данных, являющийся одноименным выходом устройства, причем выход признака обобщения блока сжатия каждого более низкого уровня соединен с входом признака обобщения блока сжатия смежного более высокого уровня, вход признака обобщения блока сжатия нижнего уровня является одноименным входом устройства, а в каждый блок сжатия дополнительно введены формирователь локальных центров, узел адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации и формирователь признаков обобщения данных, при этом вход и выход признаков обобщения формирователя признаков обобщения, выход кода конфигурации узла нерегулярной беспороговой дискретизации являются одноименными входом и выходами блока сжатия, выход формирователя локальных центров соединен с входом вычитаемого вычитателя и с первым входом вычислителя обобщенных данных, выход признака полной серии из состава выхода кода конфигурации узла нерегулярной беспороговой дискретизации соединен с вторым входом вычислителя обобщенных данных и входом признаков полной серии формирователя признаков обобщения, вход идентификации данных формирователя признаков обобщения и вход идентификации разностей узла нерегулярной беспороговой дискретизации соединены между собой и с входом идентификации данных блока сжатия, а вход идентификации локальных центров, информационный вход формирователя локальных центров, выход вычитателя, выход медиального значения разностей узла нерегулярной пороговой дискретизации, информационный вход узла нерегулярной беспороговой дискретизации соединены соответственно с входом идентификации обобщенных данных, информационным входом блока сжатия, информационным входом узла нерегулярной пороговой дискретизации, третьим входом вычислителя обобщенных данных, выходом квантователя. Это позволяет повысить быстродействие и в отличие от вышеописанного для первого варианта устройства выявлять в группе разностей, преобразованных квантователем, серии одинаковых кодов разностей, идентифицировать совокупность получающихся серий и уникальных кодов разностей соответствующим кодом конфигурации, а в итоге, выбором порога нерегулярной дискретизации и нелинейной шкалы преобразования сигнала в квантователе управлять образованием серий одинаковых кодов разностей как в области низких (околопороговых) их значений, так и в области средних и больших значений разностей, то есть получать повышенное увеличение коэффициента сжатия данных.
Третий вариант предлагаемого устройства состоит в том, что в устройстве для сжатия данных, содержащем на каждом уровне обработки блок сжатия данных, каждый из которых имеет вход идентификации обобщенных данных, вход порога нерегулярной дискретизации, информационный выход и выход кода конфигурации, являющиеся одноименными входами и выходами устройства, причем выход обобщенных данных и вход идентификации обобщенных данных блока сжатия предшествующего уровня соединены соответственно с информационным входом и входом идентификации данных блока сжатия смежного последующего уровня, информационный вход и вход идентификации данных блока сжатия нижнего уровня и выход обобщенных данных блока сжатия верхнего уровня являются одноименными входами и выходом устройства, при этом каждый блок сжатия содержит вычитатель, узел адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, квантователь и вычислитель обобщенных данных, причем вход уменьшаемого вычитателя, вход порога, вход идентификации данных, вход идентификации обобщенных данных, выход кода конфигурации узла нерегулярной дискретизации являются одноименными входами и выходом блока сжатия, выход квантователя и выход вычислителя обобщенных данных являются соответственно информационным выходом и выходом обобщенных данных блока сжатия, а информационный выход узла нерегулярной пороговой дискретизации соединен с входом квантователя, в нем блок сжатия данных каждого уровня имеет выход признака обобщения данных, вход порога регулярной дискретизации и выход признака децимации, являющиеся одноименными входом и выходами устройства, причем выход признака обобщения блока сжатия каждого более низкого уровня соединен с входом признака обобщения блока сжатия смежного более высокого уровня, вход признака обобщения блока сжатия нижнего уровня является одноименным входом устройства, а в каждый блок сжатия дополнительно введены формирователь локальных центров, узел адаптивной регулярной дискретизации и формирователь признаков обобщения данных, при этом вход порога регулярной дискретизации, выход признака децимации узла регулярной дискретизации, вход и выход признаков обобщения формирователя признаков обобщения являются одноименными входами и выходами блока сжатия, выход формирователя локальных центров соединен с входом вычитаемого вычитателя и с первым входом вычислителя обобщенных данных, выход признака полной серии из состава выхода кода конфигурации узла нерегулярной пороговой дискретизации соединен с вторым входом вычислителя обобщенных данных и входом признаков полной серии формирователя признаков обобщения, входы идентификации локальных центров формирователя локальных центров и узла регулярной дискретизации соединены между собой и с входом идентификации обобщенных данных блока сжатия, вход идентификации данных формирователя признаков обобщения и вход идентификации разностей узла регулярной дискретизации соединены между собой и с входом идентификации данных блока сжатия, а информационный вход формирователя локальных центров, выход вычитателя, информационный выход, выход признака децимации узла регулярной дискретизации, выход медиального значения разностей узла нерегулярной пороговой дискретизации соединены соответственно с информационным входом блока сжатия, информационным входом узла регулярной дискретизации, информационным входом узла нерегулярной пороговой дискретизации, входом признака децимации узла нерегулярной пороговой дискретизации, третьим входом формирователя обобщенных данных. Это позволяет дополнительно к вышеописанному для первого варианта устройства вычислять некоторый показатель детальности сигнала в пределах групп отсчетов и (если этот показатель не превосходит порога регулярной дискретизации) производить регулярную дискретизацию изображения с пониженной частотой (например, прореживание разностей с постоянным в пределах группы коэффициентом) и, в итоге, получать повышенное увеличение коэффициента сжатия данных. Существенным фактором эффективности этого варианта устройства является возможность передискретизации отсчетов группы по замкнутому контуру, что исключает обычно присущие пофрагментной передискретизации краевые эффекты, а также позволяет получить "шахматную" структуру прореженных отсчетов, благоприятную для улучшения качества восстановленного сигнала.
Четвертый вариант предлагаемого устройства состоит в том, что в устройстве для сжатия данных, содержащем на каждом уровне обработки блок сжатия данных, каждый из которых имеет вход идентификации обобщенных данных, вход порога нерегулярной дискретизации, информационный выход и выход кода конфигурации, являющиеся одноименными входами и выходами устройства, причем выход обобщенных данных и вход идентификации обобщенных данных блока сжатия предшествующего уровня соединены соответственно с информационным входом и входом идентификации данных блока сжатия смежного последующего уровня, информационный вход и вход идентификации данных блока сжатия нижнего уровня и выход обобщенных данных блока сжатия верхнего уровня являются одноименными входами и выходом устройства, при этом каждый блок сжатия содержит вычитатель, узел адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, квантователь и вычислитель обобщенных данных, причем вход уменьшаемого вычитателя, вход порога, вход идентификации данных, вход идентификации обобщенных данных узла нерегулярной дискретизации являются одноименными входами блока сжатия, выход квантователя и выход вычислителя обобщенных данных являются соответственно информационным выходом и выходом обобщенных данных блока сжатия, а информационный выход узла нерегулярной пороговой дискретизации соединен с входом квантователя, в нем блок сжатия данных каждого уровня имеет выход признака обобщения данных, вход порога регулярной дискретизации и выход признака децимации, являющиеся одноименными входом и выходами устройства, причем выход признака обобщения блока сжатия каждого более низкого уровня соединен с входом признака обобщения блока сжатия смежного более высокого уровня, вход признака обобщения блока сжатия нижнего уровня является одноименным входом устройства, а в каждый блок сжатия дополнительно введены формирователь локальных центров, узел адаптивной регулярной дискретизации, узел адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации и формирователь признаков обобщения данных, при этом вход порога регулярной дискретизации, выход признака децимации узла регулярной дискретизации, выход кода конфигурации узла нерегулярной беспороговой дискретизации, вход и выход признака обобщения формирователя признака обобщения являются одноименными входами и выходами блока сжатия, выход формирователя локальных центров соединен с входом вычитаемого вычитателя и с первым входом вычислителя обобщенных данных, выход признака полной серии из состава выхода кода конфигурации узла нерегулярной беспороговой дискретизации соединен с вторым входом вычислителя обобщенных данных и входом признака полной серии формирователя признаков обобщения, входы идентификации локальных центров формирователя локальных центров и узла регулярной дискретизации соединены между собой и с входом идентификации обобщенных данных блока сжатия, вход идентификации разностей узла регулярной дискретизации, вход идентификации разностей узла нерегулярной беспороговой дискретизации и вход идентификации данных формирователя признаков обобщения соединены между собой и с входом идентификации данных блока сжатия, а информационный вход формирователя локальных центров, выход вычитателя, информационный выход, выход признака децимации узла регулярной дискретизации, выход медиального значения разностей, выход признака децимации узла нерегулярной пороговой дискретизации, информационный вход узла нерегулярной беспороговой дискретизации соединены соответственно с информационным входом блока сжатия, информационным входом узла регулярной дискретизации, информационным входом, входом признака децимации узла нерегулярной пороговой дискретизации, третьим входом вычислителя обобщенных данных, входом признака децимации узла нерегулярной беспороговой дискретизации, выходом квантователя. Это позволяет повысить быстродействие и благодаря сочетанию эффектов адаптивной регулярной, адаптивной нерегулярной пороговой и адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации получать максимальное (среди предлагаемых вариантов устройства) повышение коэффициента сжатия данных.
Действия, выполняемые вариантами предлагаемого устройства, являются гибридом (сочетанием) разновидностей адаптивной дискретизации (АД) и локального дифференциального кодирования (ЛДК) и поэтому далее именуются термином АД-ЛДК.
Во всех вариантах устройства функцию формирователя локальных центров может выполнять запоминающий регистр, причем вышеназванные два входа и выход формирователя являются одноименными входами и выходом этого регистра.
На фиг. 1 4 представлены блок-схемы первого четвертого вариантов предлагаемого устройства для сжатия данных (для конкретности представлены трехуровневые варианты устройства); на фиг. 5 7 представлены примеры блок-схем узлов адаптивной соответственно нерегулярной пороговой, нерегулярной беспороговой и регулярной дискретизации; на фиг. 8, 9 представлены примеры блок-схем вычислителя обобщенных значений данных и формирователя признаков обобщения; на фиг. 10, 11 представлены примеры субузла определения показателя длительности и субузла выявления неполных серий.
Первый вариант устройства содержит блок 1 сжатия данных первого (нижнего) уровня, блок 2 сжатия данных второго уровня, блок 3 сжатия данных третьего (верхнего) уровня и в каждом блоке сжатия данных формирователь 4 локальных центров, вычитатель 5, узел 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, квантователь 7, вычислитель 8 обобщенных данных, формирователь 9 признаков обобщения.
Второй вариант устройства содержит блоки 1, 2, 3 сжатия данных соответственно первого, второго, третьего уровней и в каждом блоке сжатия данных формирователь 4 локальных центров, вычитатель 5, узел 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, квантователь 7, вычислитель 8 обобщенных данных, формирователь 9 признаков обобщения, узел 10 адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации.
Третий вариант устройства содержит блоки 1, 2, 3 сжатия данных соответственно первого, второго и третьего уровней и в каждом блоке сжатия данных формирователь 4 локальных центров, вычитатель 5, узел 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, квантователь 7, вычислитель 8 обобщенных данных, формирователь 9 признаков обобщения, узел 11 адаптивной регулярной дискретизации.
Четвертый вариант устройства содержит блоки 1, 2, 3 сжатия данных соответственно первого, второго и третьего уровней и в каждом блоке сжатия данных формирователь 4 локальных центров, вычитатель 5, узел 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, квантователь 7, вычислитель 8 обобщенных данных, формирователь 9 признаков обобщения, узел 10 адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации, узел 11 адаптивной регулярной дискретизации.
Узел 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации содержит, например, сдвиговый регистр 12, схему 13 выявления полной серии, схему 14 выявления предполной серии, субузел 15 выявления неполных серий, коммутатор 16, сдвиговый регистр 17. Выход кода конфигурации узла 6 используется только в первом и третьем вариантах предлагаемого устройства. Вход признака децимации узла 6 используется только в третьем и четвертом вариантах устройства, вход идентификации локальных центров схемы 13 и выход признака децимации схемы 13 и узла 6 используются только в четвертом варианте устройства.
Узел 10 адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации содержит, например, сдвиговый регистр 18, схему 19 выявления полной серии, схему 20 выявления предполной серии, субузел 21 выявления неполных серий. Вход признака децимации узла 10 используется только в четвертом варианте устройства.
Узел 11 адаптивной регулярной дискретизации содержит, например, сдвиговый регистр 22, субузел 23 определения показателя детальности, триггер 24, схему 25 децимации идентификаторов, сдвиговый регистр 26. Вход начальной установки узла 11 не является принципиально необходимым и может быть заменен, например, внутренней схемой выработки сигнала установки триггера 24 по включению питающего напряжения.
Вычислитель 8 обобщенных данных содержит, например, сумматор 27 и коммутатор 28.
Формирователь 9 признаков обобщения содержит, например, сдвиговый регистр 29 и элемент 30 И.
Субузел 23 определения показателей детальности содержит, например, вычитатели 31 38, вычитатели 39 46, элемент 47 ИЛИ.
Субузел 15 выявления неполных серий содержит, например, два модуля 48 и 49 определения конфигураций серий на четырех точках группы, каждый из которых содержит, например, схему 50 выявления серии из четырех разностей, схемы 50 54 выявления трехточечных серий, схемы 55 57 выявления двух двухточечных серий, схемы 58 63 выявления двухточечной серии и двух уникальных отсчетов, элементы 64 76 ИЛИ, элементы 77 89 ЗАПРЕТА ("конъюкция с одним запретом"), коммутатор 90.
Субузел 21 выявления неполных серий в отличие от субузла 15 не имеет входа порога и оперирует с квантованными разностями, то есть с числами меньшей разрядности.
Схемы 13, 14, 19, 20, 50 63 выявления серий могут быть выполнены на основе сумматоров, вычитателей, элементов поразрядного сравнения типа содержащихся в интегральной микросхеме К 531 ЛП 5 П [6]
Входы устройства:
91, 92, 93 входы идентификации обобщенных данных первого, второго и третьего уровней;
94 информационный вход;
95, 96, 97 входы порога нерегулярной дискретизации первого, второго и третьего уровней;
98 вход идентификации данных;
99 вход признака обобщения;
100, 140, 141 входы порога регулярной дискретизации первого, второго и третьего уровней;
101 вход начальной установки (входы начальной установки узлов 1, 2, 3 сжатия данных объединены).
Выходы устройства:
102, 103, 104 информационные выходы первого, второго и третьего уровней;
105, 106, 107 выходы кода конфигурации первого, второго и третьего уровней;
108, 109, 110 выходы признаков обобщения первого, второго и третьего уровней;
111 выход обобщенных данных;
112, 113, 114 выходы признаков децимации первого, второго и третьего уровней.
Входы и выходы узлов, субузлов, схем, являющиеся входами и выходами устройства, имеют номера входов и выходов устройства.
Остальные входы узлов 6, 10, 11, вычислителя 8, формирователя 9, субузлов 15, 23:
115 вход признака децимации узла 6;
116 информационный вход узла 6;
117 вход признака децимации узла 10;
118 информационный вход узла 10;
119 информационный вход узла 11;
120 первый вход (вход кода локальных центров) вычислителя 8;
121 третий вход (вход медиального значения) вычислителя 8;
122 второй вход (вход признака полной серии) вычислителя 8;
123 вход признака полной серии формирователя 9;
124-131 информационные входы субузла 23;
132 информационный вход субузла 15.
Остальные выходы узлов 6, 10, 11, вычислителя 8, формирователя 9, субузлов 15, 23:
133 выход медиального значения разностей узла 6;
134 информационный выход узла 6;
135 информационный выход узла 11;
136 выход вычислителя 8;
137 выход признака детальности субузла 23;
138 выход кода конфигурации субузла 15;
139 информационный выход субузла 15.
Для конкретности работа устройства для сжатия данных рассматривается на примере двумерного сигнала при фрагменте обработки из 27x27 отсчетов, состоящем из 9x9 групп по 3x3 отсчета в каждой. При этом сдвиговые регистры 12, 17, 18, 22, 26 содержат по восемь каскадов (групповых выходов), а сдвиговый регистр 29 девять каскадов.
Входные для устройства сигналы меняются по тактам (периодам времени) длительностью T.
В исходном состоянии всех вариантов устройства на их информационном входе 94, на входах 91, 92, 93 идентификации обобщенных данных и на входе 98 идентификации данных, а в третьем и четвертом вариантах также на входе 101 начальной установки действуют сигналы логического "0", на входе 99 показателя обобщения данных действует сигнал-константа со значением логической "1", на входах 95, 96, 97 порогов нерегулярной дискретизации и (в третьем, четвертом вариантах) на входах 100, 140, 141 порогов регулярной дискретизации действуют коды заданных порогов, состояние выходов 102-111 и (в третьем и четвертом вариантах) выходов 112, 113, 114 может быть произвольным.
Первый вариант устройства для сжатия данных работает следующим образом.
В первом такте на информационный вход 94 устройства приходит (например, восьмиразрядный) код первого отсчета (локального центра) первой группы первого фрагмента сигнала, поступающий далее на информационный вход формирователя 4 локальных центров блока сжатия данных. В это же время на вход 91 идентификации обобщенных данных приходит импульс-идентификатор, который своим задним фронтом заносит в формирователь 4 вышеназванный код локального центра. С выхода формирователя 4 код локального центра поступает на вход вычитаемого вычитателя 5 и на первый вход вычислителя 8 обобщенных данных.
Во втором такте на информационный вход 94 устройства и вход уменьшаемого вычитателя 5 блока 1 приходит код второго отсчета первой группы. Из кода второго отсчета вычитатель 5 вычитает код локального центра, действующий на его входе вычитаемого. С выхода вычитателя 5 девятиразрядный код полученной разности поступает на информационный вход узла 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации. Приходящий в этом же такте на вход 98 импульс идентификации данных поступает на вход идентификации разностей узла 6 нерегулярной дискретизации и заносит в него своим фронтом названный код разности.
В третьем девятом тактах вышеописанным образом вычисляются и заносятся (накапливаются) в узел 6 разности между третьим девятым отсчетами первой группы и ее локальным центром. Над восемью накопленными разностями узел 6 выполняет в девятом такте следующие действия:
вычисляет медиальное для группы значение разностей и выдает его через одноименный свой выход на третий вход вычислителя 8 обобщенных данных (в качестве медиального значения могут использоваться, например, среднее значение по группе отсчетов, среднее значение по целесообразной подгруппе отсчетов, полусумма максимального и минимального значений в группе и другие аналогичные величины; оптимальным с точки зрения приемлемого качества при невысокой сложности часто является медиальное значение в виде среднего по подгруппе с максимальным числом отсчетов, равным степени двойки);
определяет максимальные модули различий между разностями, входящими в различные их сочетания;
сравнивает максимальные модули различий с действующим на входе 95 и соответствующем входе узла 6 блока 1 порогом нерегулярной дискретизации: если эти модули не превышают порога, соответствующие сочетания разностей идентифицируются как серии одинаковых значений, равных медиальному значению входящих в серию разностей; при этом разности, не вошедшие в серии, представляются своими исходными индивидуальными (уникальными) значениями;
выбирает из возможных серий и индивидуальных значений разностей такую их совокупность (конфигурацию), которая минимизирует объем данных, представляющих группу отсчетов, и по импульсу-идентификатору обобщенных данных следующей группы, приходящему на вход 91 устройства в десятом такте, начинает выдачу на свой информационный выход кодов разностей соответственно выбранной конфигурации;
формирует код выбранной конфигурации, например, унитарный в виде набора признаков серий, образующих конфигурацию, и выдает этот код на свой выход кода конфигурации и выход 105 устройства; при этом признак полной серии из состава унитарного кода конфигурации поступает на второй вход вычислителя 8 обобщенных данных и на вход признака полной серии формирователя 9 признака обобщения данных.
Вычислитель 8 обобщенных данных в девятом такте суммирует код локального центра и медиальное значение разностей, действующие соответственно на первом и третьем его входах, выдает на свой выход и выход обобщенных данных блока 1 сжатия либо скорректированное таким образом значение локального центра (при "единичном" значении признака полной серии на втором входе вычислителя 8), либо исходное значение локального центра (при "нулевом" значении признака полной серии).
Формирователь 9 признаков обобщения по задним фронтам импульсов идентификации данных, поступающих со входа 98 устройства, накапливает в первом девятом тактах девять признаков обобщения, последовательно во времени действующих на одноименном входе 99 устройства, а в девятом такте вычисляет конъюнкцию накопленных признаков обобщения и признака полной серии, приходящего на одноименный вход формирователя 9 с выхода кода конфигурации узла 6. Поскольку на входе 99 признака обобщения блока 1 (первого уровня) постоянно действует сигнал логической "1", то сигнал на выходе формирователя 9 блока 1 и выходе 108 устройства равен значению признака полной серии.
Нулевое значение признака обобщения для группы отсчетов данного уровня говорит о наличии в связанных с ней группах отсчетов более низких уровней хотя бы одной неполной серии, то есть о невозможности характеризовать эту группу данного уровня одним общим значением сигнала.
С информационного выхода узла 6 в тактах следующей группы отсчетов коды разностей поступают на вход квантователя 7 с нелинейной амплитудной характеристикой и преобразовываются в нем, например, соответственно таблице.
С выхода квантователя трехразрядные коды разностей поступают на информационный выход блока 1 сжатия данных и на одноименный выход 102 устройства.
В десятом восемнадцатом тактах вышеописанным образам обрабатываются девять отсчетов второй группы первого фрагмента сигнала. Обработкой в 721-729 тактах восемьдесят первой группы отсчетов завершается обработка на первом уровне (в блоке 1 сжатия) первого фрагмента сигнала.
Получаемые в девятом такте каждой группы вышеописанным образом обобщенные данные и признак обобщения с одноименных выходов блока 1 поступают соответственно на информационный вход и вход признаков обобщения блока 2 сжатия второго уровня. Одновременно на вход идентификации данных блока 2 поступают с входа 91 устройства идентификаторы обобщенных данных первого уровня.
Первый отсчет обобщенных данных первого уровня является локальным центром первой группы из девяти отсчетов второго уровня, десятый отсчет обобщенных данных первого уровня является локальным центром второй группы из девяти отсчетов второго уровня. Всего на втором уровне исходному фрагменту сигнала соответствует 9x9 отсчетов обобщенных данных первого уровня, то есть 3x3 групп отсчетов второго уровня.
Локальным центрам групп второго уровня соответствуют идентификаторы обобщенных данных второго уровня, действующие на входе 92 устройства.
Блок 2 сжатия данных вышеописанным образом, но в соответствии с порогом нерегулярной дискретизации второго уровня, поступающим с входа 96 устройства, обрабатывает девять групп отсчетов второго уровня и выдает вышеописанным образом на соответствующие свои выходы обобщенные данные, код конфигурации, трехразрядные коды разностей и признак обобщения данных второго уровня.
Обобщенные данные второго уровня поступают на информационный вход блока 3 сжатия данных третьего уровня, признаки обобщения данных второго уровня на выход 109 устройства и на вход признаков обобщения блока 3.
Первый отсчет обобщенных данных второго уровня является локальным центром группы отсчетов третьего уровня и идентифицируется импульсом-идентификатором на входе 93 устройства. Одна группа из девяти отсчетов обобщенных данных второго уровня соответствует на третьем уровне исходному фрагменту сигнала.
Блок 3 сжатия данных вышеописанным образом, но в соответствии с порогом нерегулярной дискретизации третьего уровня, действующим на входе 97 устройства, обрабатывает одну группу отсчетов и выдает через свои выходы обобщенные данные, код конфигурации, трехразрядные коды разностей, признак обобщения данных третьего уровня соответственно на выходы 111, 107, 104 и 110 устройства. Этим завершается обработка трехуровневым устройством сжатия данных первого фрагмента сигнала.
Такая обработка фрагментов сигнала продолжается до тех пор, пока на входы 91-99 устройства поступают вышеописанные последовательности сигналов. С прекращением этих последовательностей устройство переходит в исходное состояние.
Во втором четвертом вариантах устройства формирование локальных центров на формирователях 4, разностей на вычитателях 5, обобщенных данных на вычислителе 8 и признаков обобщения на формирователе 9, а также квантование разностей в квантователе 7, выдача результатов работы с выхода блока 1 на вход блока 2 и с выхода блока 2 на вход блока 3, переход устройства в исходное состояние происходят вышеописанным образом.
Во втором варианте устройства разности с выхода вычитателя 2 вышеописанным образом накапливаются и обрабатываются в узле 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации. Медиальные значения разностей с одноименного выхода узла б поступают на третий вход вычислителя 8, а коды разностей с информационного выхода узла 6 поступают на вход квантователя 7.
С выхода квантователя 7 трехразрядные коды разностей поступают также на информационный вход узла 10 адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации, на вход идентификации разностей которого с входа 98 устройства приходят идентификаторы разностей. Во втором девятом тактах по задним фронтам этих идентификаторов трехразрядные разности заносятся в узел 10 и накапливаются в нем.
Над восемью накопленными разностями узел 10 адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации выполняет в девятом, восемнадцатом, двадцать седьмом, тактах следующие действия:
выявляет различные сочетания одинаковых значений (кодов) разностей и идентифицирует их как серии определенной длины;
выбирает из возможных серий и индивидуальных значений разностей такую их возможную совокупность (конфигурацию), которая минимизирует объем данных, представляющих группу отсчетов, формирует код выбранной конфигурации, например унитарный в виде набора признаков серий, образующих конфигурацию, и выдает этот код на свой выход кода конфигурации и выход 105 устройства.
В третьем варианте получаемые во втором девятом тактах на выходе вычитателя 5 разности поступают на информационный вход блока 11 регулярной дискретизации и заносятся (накапливаются) в него задними фронтами импульсов-идентификаторов разностей, поступающих на вход идентификации разностей узла 11 с входа 98 идентификации данных устройства.
Над восемью накопленными разностями узел 11 адаптивной регулярной дискретизации выполняет в девятом, восемнадцатом, двадцать седьмом, тактах следующие действия:
определяет модуль скорости изменения сигнала посредством вычисления разностей между соседними отсчетами группы, окружающими локальный центр;
сравнением модулей разности с порогом адаптивной регулярной дискретизации, поступающим на вход порога узла 11 со входа 100 устройства, определяет показатель детальности сигнала (признак детальности принимается равным логической "1", если хотя бы один модуль разности превышает порог, и равным логическому "0" в противном случае).
По импульсу идентификации обобщенных данных следующей группы, приходящему с входа 91 устройства в десятом, девятнадцатом, двадцать восьмом, тактах, узел 11 выдает признак детальности в инверсном виде (как признак децимации) через одноименный свой выход на одноименные выход 112 устройства и вход узла 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, а также начинает выдачу разностей на свой информационный выход.
В одиннадцатом восемнадцатом, двадцатом двадцать седьмом, тактах (то есть в тактах следующей группы по отношению к накапливаемым в узле 11 разностям) узел 11 по импульсам идентификации разностей, поступающим с входа 98 идентификации данных устройства, производит выдачу накопленных разностей предыдущей группы в соответствии с выданным ранее на выход 112 устройства признаком децимации: при "нулевом" признаке децимации все восемь накопленных узлом 11 разностей выдаются на его информационный выход, при "единичном" признаке децимации на этот выход выдаются четыре из восьми накопленных разностей, причем по первой, третьей, пятой, группам (после сигнала начальной установки, приходящего на вход 101 устройства и одноименный вход узла 11 в первом такте) выдаются первая, третья, пятая, седьмая разности, а по четным группам вторая, четвертая, шестая, восьмая разности, что дает "шахматную" структуру прореженных отсчетов. Одновременно с выдачей разностей на информационный выход узла 11 производятся прием и накопление в нем разностей следующей группы.
С информационного выхода узла 11 коды разностей поступают на информационный вход узла 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации и после вышеописанных преобразований в нем, в квантователе 7, вычислителе 3 и формирователе 9 в вышеописанном виде через выходы блока 1 поступают на выходы 102, 105, 108 устройства, информационный вход и вход признака обобщения блоков 2 сжатия данных второго уровня. При этом, если признак децимации, приходящий на одноименный вход узла 6 с выхода узла 11, равен логической "1", то число обрабатываемых в узле 6 разностей равно вышеописанным четырем.
В четвертом варианте устройства разности с выхода вычитателя 5 последовательно проходят вышеописанную обработку в узле 10 адаптивной регулярной дискретизации, узле 6 адаптивной нерегулярной пороговой дискретизации, квантователе 7, узле 11 адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации, а также в вычислителе 8 и формирователе 9. При этом признак децимации, задержанный в узле 6 соответственно задержке в нем обработанных разностей, с выхода признака децимации узла 6 выдается на одноименный вход узла 11, что обеспечивает обработку разностей в узле 11, согласованную с их обработкой в узле 6.
Узел 6 адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации работает следующим образом.
Девятиразрядные коды разностей с информационного входа 116 узла 6 поступают на информационный вход сдвигового регистра 12 и заносятся в него по задним фронтах импульсов идентификации, поступающих на синхровход регистра 12 с входа 98 узла. После окончания импульса-идентификатора девятого в группе такта в регистре 12 накоплены восемь кодов разностей. С выхода регистра 12 эти коды параллельно поступают на информационные входы схемы 13, схемы 14 и субузла 15 выявления соответственно полной, предполной и неполных серий, на входах порога которых действует поступающий с входа 95 порога узла 6 порог нерегулярной пороговой дискретизации, а на управляющих входах схем 13, 14
признак децимации, приходящий с одноименного входа 115 узла 6.
Схема 13 при "нулевом" значении признака децимации вычисляет медиальное по группе значение разностей и выдает его на одноименные свой выход и выход 133 узла 6, по переднему фронту импульса идентификации локальных центров запоминает признак децимации на время до следующего импульса идентификации локальных центров и выдает этот запомненный признак на одноименные свой выход и выход 112 узла 6, а также вырабатывает признак полной серии (серии из девяти точек группы): если модули разностей между максимальным и минимальным значениями восьми накопленных разностей, а также нулем (нуль соответствует локальному центру) не превышает порога, признак полной серии принимается равным логической "1", в противном случае равным логическому "0". Признак полной серии с одноименного выхода схемы 13 поступает на групповой (векторный) выход 105 кода конфигурации узла 6 (по отдельной линии) При "единичном" значении признака децимации признак полной серии и медиальное по группе значение разностей вычисляются по четырем разностям, пришедшим в регистр 12 первыми.
Схема 14 при "нулевом" значении признака децимации вычисляет медиальное значение восьми накопленных разностей и через свой одноименный выход выдает его на первый вход коммутатора 16, а также вырабатывает признак предполной серии (серии из восьми точек, окружающих локальный центр группы): если модуль разности между максимальным и минимальным значениями восьми накопленных разностей не превышает порога, признаю: предполной серии принимается равным логической "1", а в противном случае равным логическому "0". Признак предполной серии с одноименного выхода схемы 14 поступает на выход 105 кода конфигурации узла 6 (по отдельной линии) и на второй вход коммутатора 16. При "единичном" значении признака децимации признак предполной серии и медиальное значение разностей определяются по четырем разностям, пришедшим в регистр 12 первыми.
Субузел 15 выявления неполных серий аналогично вышеописанному выявляет на совокупности из восьми разностей неполные серии (включающие в себя меньше восьми разностей), формирует признаки соответственно выявленным сериям и для каждой серии вычисляет медиальное значение входящих в нее разностей. Коды этих медиальных значений и коды уникальных разностей (не вошедших в серии) из субузла 15 через его информационный выход поступают на третий вход коммутатора 16, а признаки неполных серий поступают на выход 105 кода конфигурации узла 6 (во втором и четвертом вариантах устройства выход кода конфигурации узла не используется).
Коммутатор 16 при сигнале логической "1" на его втором входе передает на свой выход код медиального значения с первого входа, а при сигнале логического "0" пришедшие с выхода субузла 15 коды медиальных значений для неполных серий и/или коды уникальных разностей (при отсутствии серий общее число кодов разностей равно восьми).
С выхода коммутатора 16 коды разностей поступают на информационный вход сдвигового регистра 17 и заносятся в него задним фронтом первого в следующей группе импульса-идентификатора разностей, поступающего на синхровход регистра 17 со входа 98 идентификации разностей узла 5. Занесение в регистр 17 при этом происходит благодаря действию в это время импульса-идентификатора локальных центров, поступающего с одноименного входа 91 узла 6, следующие восемь идентификаторов разностей по своим задним фронтам производят сдвиг кодов разностей в регистре 17, при этом с выхода регистра 17 эти коды последовательно выдаются на информационный выход 134 узла 6.
Узел 10 адаптивной нерегулярной беспороговой дискретизации работает следующим образом.
Трехразрядные коды разностей с информационного входа 118 узла 10 поступают на информационный вход сдвигового регистра 18 и заносятся в него по задним фронтам импульсов идентификации разностей, поступающих на синхровход регистра 18 с входа 98 узла 10. После окончания импульса-идентификатора девятого в группе такта в регистре 18 накоплены восемь кодов разностей. С выхода регистра 18 эти коды параллельно поступают на информационные входы схемы 19, схемы 20 и субузла 21 выявления соответственно полной, предполной и неполных серий, на управляющих входах схем 19 и 50 при этом действует признак децимации, приходящий с одноименного входа 117 узла 10.
Схема 19 вырабатывает (сравнением разностей) признак полной серии: если коды всех анализируемых разностей равны нулю, признаку присваивается значение логической "1", в противном случае значение логического "0".
Схема 20 вырабатывает (сравнением разностей) признак предполной серии: если коды всех анализируемых разностей одинаковы, признаку присваивается значение логической "1", в противном случае значение логического "0".
При этом схема 19 и схема 20 анализируют все восемь разностей, если признак децимации равен логическому "0", и четыре разности, приходящие в регистр 18 первыми, в противном случае.
Субузел 21 выявления неполных серий аналогично вышеописанному (сравнением разностей) формирует признаки выявленных неполных серий и соответствующий код конфигурации.
Признаки полной, предполной и неполных серий с выходов соответственно схемы 19, схемы 20 и субузла 21 выдаются по отдельным линиям на(групповой) выход 105 кода конфигурации узла 10.
В первом и втором вариантах устройства узлы 6 и 10 нерегулярной дискретизации не имеют входа признака децимации и их работа соответствует вышеописанной при "нулевом" значении этого признака.
Узел 11 адаптивной регулярной дискретизации работает следующим образом.
Девятиразрядные коды разностей с информационного входа 119 узла 11 поступают на информационный вход сдвигового регистра 22 и заносятся в него задними фронтами импульсов идентификации разностей, приходящих с одноименного входа 98 узла 11 на синхровход регистра 22. После окончания девятого в группе такта в регистре 22 накоплены восемь разностей, которые с восьми его выходов поступают на восемь входов субузла 23 определения показателя детальности, а с восьмого выхода (выхода, на который накапливаемые разности проходят с максимальной задержкой) также на информационный вход сдвигового регистра 26. При этом на девятом входе субузла 23 действует порог регулярной дискретизации, приходящий с одноименного входа 100 субузла 11.
Субузел 23 определяет показатель детальности и через свой выход выдает его на информационный вход триггера 24. В первом такте следующей группы идентификатор локальных центров, поступающий с одноименного входа 91 узла 11 на синхровход триггера 24, своим задним фронтом заносит в него показатель детальности, который с выхода триггера 24 в инверсном виде как признак децимации выдается на одноименный выход 112 узла 11, на управляющий вход сдвигового регистра 26 и на первый вход схемы 25 децимации идентификаторов.
Признак децимации, приходящий на управляющий вход регистра 26, задает прохождение через него кодов разностей с информационного входа регистра 26: при "нулевом" значении признака децимации коды разностей поступают на вход первой половины каскадов регистра 26, что обеспечивает прохождение этих кодов на выход регистра 26 и информационный выход 135 узла 11 через восемь импульсов на его синхровходе; при "единичном" значении признака децимации коды разностей поступают на вход второй половины каскадов регистра 266, что обеспечивает их прохождение на выход регистра 26 и информационный выход 135 узла 11 через четыре импульса на его синхровходе.
На второй, третий и четвертый входы схемы 25 с соответствующих входов 91, 98, 101 узла 11 поступают идентификатор локальных центров, идентификатор разностей и сигнал начальной установки. При "нулевом" значении признака децимации на выход схемы 25, а с него на синхровход сдвигового регистра 26 проходят второй девятый импульсы идентификации разностей группы (прохождение первого блокируется идентификатором локальных центров). При "единичном" значении признака децимации на выход схемы 25 проходят поочередно (на последовательности групп отсчетов сигнала) то четные, то нечетные (начиная со второго) импульсы-идентификаторы разностей. Сигнал начальной установки, приходящий в первом такте первой группы (после исходного состояния), задает начало работы с прохождения на выход схемы 25 в первой группе четных импульсов-идентификаторов. Эти импульсы своими задними фронтами заносят (сдвигают) в регистр 26 разности, приходящие на его информационный вход с восьмого выхода регистра 22 в процессе его загрузки разностями следующей группы. Таким образом, в регистр 26 загружаются, а в тактах следующей группы выдаются с его выхода на информационный выход 135 узла 11:
восемь разностей группы при "нулевом" признаке децимации;
четыре разности с четными номерами или четыре разности с нечетными номерами при "единичном" признаке децимации.
Вычислитель 8 обобщенных данных работает следующим образом.
Значения локального центра и медиального значения разностей со входов 120 и 121 вычислителя 3 поступают на входы сумматора 27 и суммируются в нем. Полученная сумма с выхода сумматора 27 поступает на первый вход коммутатора 28, на второй и третий (управляющий) вход которого приходят соответственно код локального центра и признак полной серии со входов 120 и 122 вычислителя 8. Коммутатор 28 пропускает на свой выход и выход 136 вычислителя 8 в качестве обобщенных данных код суммы со своего первого входа при "единичном" значении признака полной серии или код локального центра со своего второго входа в противном случае.
Формирователь 9 признаков обобщения работает следующим образом.
В девятом такте каждой группы с входа 99 формирователя 9 на информационный вход сдвигового регистра 29 приходит признак обобщения данных соответствующей группы отсчетов смежного более низкого уровня. По задним фронтам идентификаторов данных, поступающих на синхровход регистра 29 с входа 98 формирователя 9, эти признаки заносятся (сдвигаются) в регистр 29. В девятом такте в регистре 29 накоплены девять признаков обобщения более низкого уровня, связанных с девятью отсчетами текущей группы данного уровня. С девяти выходов регистра 29 эти признаки поступают на девять входов элемента 30 И, на десятый вход которого с входа 123 формирователя 9 поступает признак полной серии для текущей группы отсчетов данного уровня. При "единичном" значении признаков на всех десяти входах элемента 30 на его выходе формируется сигнал логической "1", в противном случае сигнал логического "0". Этот сигнал, являющийся признаком обобщения данных, с выхода элемента 30 И поступает на выход 108 формирователя 9.
Субузел 23 определения показателей детальности работает следующим образом.
Коды разностей с первого, второго, восьмого входов 124, 131 субузла 23 поступают на входы вычитаемого вычитателей соответственно 31,38 и на входы уменьшаемого вычитателей соответственно 38, 31,37. С выхода вычитателей 31-38 модули полученных разностей поступают на входы вычитаемого вычитателей 39-46, на входах уменьшаемого которых действует порог адаптивной регулярной дискретизации, приходящий с одноименного входа 100 субузла 23. Знаки полученных разностей с выходов вычитателей 39-46 поступают на восемь входов элемента 47 ИЛИ, причем знак разности равен логической "1", если модуль разности больше порога. В итоге признак детальности на выходе элемента 47 ИЛИ и выходе 137 субузла 23 равен логической "1", если хотя бы одна разность между соседними разностями группы по модулю превосходит порог, и логическому "0" в противном случае.
Субузел 15 выявления неполных серий работает следующим образом.
Четыре соседних разности (из восьми) с информационного входа 132 субузла 15 поступают на информационный вход модуля 48, другие четыре на информационный вход модуля 49. Код порога нерегулярной дискретизации с одноименного входа 95 субузла 15 поступает на входы порога обоих модулей 48 и 49.
С входа каждого модуля 48 и 49 код порога поступает одновременно на входы порога всех схем 50-63 выявления различных серий. Коды разностей с входа модуля поступают:
все четыре на первый вход коммутатора 90, на информационный вход схемы 50 выявления четырехточечной серии и на информационные входы схем 55-57 выявления двух двухточечных серий;
соответственно сочетаниям из четырех разностей по три на информационные входы схем 51-54 выявления трехточечных серий;
соответственно сочетаниям из четырех разностей по две на информационные входы схем 58-63 выявления одиночных двухточечных серий.
Каждая из схем 50-63 вышеописанным образом проверяет наличие серии одного вида и со своего выхода признака серии через систему элементов 64-89 (схема 50 непосредственно) выдает признак серии на выход кода конфигураций модуля (по отдельной линии) и на соответствующий управляющий вход коммутатора 90, а со своего информационного выхода непосредственно на соответствующий информационный вход коммутатора 90 медиальное значение входящих в серию разностей.
Нумерация схем 50-63 произведена в порядке невозрастания предпочтительности соответствующих серий или, что то же самое, неубывания затрат на кодирование конфигураций (адаптивную нерегулярную дискретизацию) четырех разностей. Поэтому каждый признак серии (при его "единичном" значении) с выхода схемы из 50-63 с меньшим номером запрещает прохождение на входы коммутатора 90 признаков серий с выходов этих элементов с большими номерами, для чего признаки серий с выходов схем 50-63 подаются на информационные входы элементов 77-89 ЗАПРЕТА, а запрещающие сигналы последовательно собираются на цепочке элементов 64-76 ИЛИ, с выходов которых накопленные признаки наличия серий поступают на входы запрета элементов 77-89. В результате при любых значениях четырех разностей сигнал логической "1" присутствует только на одном управляющем входе коммутатора 90. При этом сигнал логической "1" на управляющем входе коммутатора 90, соединенном с выходом элемента 76 ИЛИ означает отсутствие каких-либо серий в четырех разностях.
Коммутатор 90 пропускает на свой выход и информационный выход модуля коды с того информационного входа, на соответствующем управляющем входе которого действует сигнал логической "1": при логической "1" на выходе элемента 76 коммутатор 90 пропускает на свой информационный выход коды со своего первого информационного входа, то есть коды всех четырех разностей; при логической "1" на другом управляющем входе коммутатора 90 через него проходят исходные коды уникальных (не входящие в серии) разностей, а коды разностей, входящих в серии, заменяются их медиальными значениями, поступающими на соответствующий информационный вход коммутатора 90 с информационного выхода соответствующей схемы из 50-63.
Сигналы с информационных выходов и выходов кодов конфигураций модулей 23 и 24 объединяются на одноименных групповых выходах 139 и 138 субузла 15 выявления неполных серий.
Субузел 21 выявления неполных серий оперирует с трехразрядными кодами разностей, выявляет наличие серий сравнением разностей на совпадение (равенство). В остальном работа субузла 21 совпадает с работой субузла 15 выявления неполных серий.
Согласно групповому характеру сжатия данных вариантами предлагаемого устройства, кратковременные нарушения структуры входных для устройства сигналов или работоспособности устройства приводят к потере только тех участков сигнала, которым соответствуют группы отсчетов, приходящиеся по времени на эти аномалии.
Работоспособность каждого варианта устройства обеспечивается при Tоп < T+T1-T2, где T длительность такта, T1 длительность импульсов идентификации обобщенных данных, T2 длительность импульсов идентификации данных. Tоп суммарная задержка (время выполнения операций) в каждом использованном в варианте устройства узле из 6, 10, 11 адаптивной дискретизации и квантователе 7 (или вычислителе 8 или формирователе 9). Для повышения быстродействия устройства продолжительность первого восьмого тактов каждый группы может быть меньше продолжительности девятого такта.
Сущность изобретения не меняется при перераспределении функций между составными частями устройства, при включении в его состав средств упаковки данных, средств энтропийного кодирования, средств синхронизации (например, привязки данных к началу строки изображения), средств деления отсчетов сигнала на группы и фрагменты, уравнивающего (сглаживающего) буфера, при включении признака децимации в состав кода конфигурации, при использовании на разных уровнях разных шкал квантования или блоков сжатия различного состава из вышеописанных.
Передаче и/или хранению подлежат следующие данные с выхода устройства (если они формируются в данном его варианте):
а) по верхнему уровню обобщенные данные;
б) по каждому уровню:
признак обобщения данных;
код конфигурации, если признак обобщения данных равен "0";
коды разностей (в составе, соответствующем набору признаков серий в коде конфигурации), если признак обобщения равен "0" и в коде конфигурации признак полной серии равен "0".
Восстановление отсчетов сигнала по передаваемым (хранимым) данным определяется вышеописанной процедурой их формирования.
Наибольший эффект предлагаемое устройство для сжатия данных методом АД-ЛДК дает при его применении в системах передачи и/или хранения данных для сжатия многомерных сигналов, когда каждая обрабатываемая группа отсчетов является, например, гиперкубом с центром в качестве первого отсчета группы и соответственно гиперкубом большего размера является фрагмент сигнала как единица обработки.
Благодаря устранению предсказателя варианты предлагаемого устройства характеризуются примерно двукратным повышением быстродействия по сравнению с первым прототипом.
При сжатии уже двумерных сигналов (изображений) фрагментами из 27x27 отсчетов при размере группы 3x3 отсчета предлагаемое устройство позволяет достигать сжатия данных с расходом от 1,2-1,4 бит на отсчет в первом варианте устройства до 0,9-1,1 бит на отсчет в четвертом варианте устройства, что соответствует увеличению коэффициента сжатия в 1,4-1,8 раза по сравнению с прототипами.
Использованная литература
1. Chen T.M. Staelin D.H. Arpl R.B. Information content analysis of Landsat image data. "IEEE Transaction Geoscince and Remote Sensing", 1987, v. 25, N 4, p. 499-501.
2. Милт Леонард. Схема, реализующая алгоритм сжатия неподвижных объектов. "Электроника", N 10; 1991 г. стр. 20.
3. Патент США N 4.179.710, кл. 350-153 (HO 4 N 5/40), 1979 г.
4. Патент США N 4.481.644, кл. 375-27 (HO 4 N 7/12), 1984 г.
5. Regis J. Crinon. Picture compression based on two-dimensional adaptive sampling and adaptive quantisation. "Optical Engineering", October 1991, Vol. 30, No. 10, p. 1490-1496.
6. Тарабарин Б.В. Лукин Л.Ф. Смирнов Ю.Н. и др. Интегральные микросхемы. Справочник. Под ред. Б.В. Тарабарина. М. "Радио и связь", 1984 г. стр. 253.
Формула изобретения: 1. Устройство для сжатия данных, содержащее n идентичных блоков сжатия, каждый из которых выполнен в виде вычитателя, вычислителя обобщенных данных и последовательно соединенных узла нерегулярной пороговой дискретизации и квантователя, причем информационным входом блока сжатия является вход уменьшаемого вычитателя, входами порога нерегулярной дискретизации и идентификации обобщенных данных являются соответствующие входы узла нерегулярной пороговой дискретизации, а информационным выходом, выходом кода конфигурации и выходом обобщенных данных являются выходы соответственно квантователя, узла нерегулярной пороговой дискретизации и вычислителя обобщенных данных, причем выход обобщенных данных и вход идентификации обобщенных данных каждого предыдущего блока сжатия соединены соответственно с информационным входом и входом идентификации данных последующего блока сжатия, отличающееся тем, что в каждый из n блоков сжатия введены формирователь кодов локальных центров и формирователь признаков обобщения, при этом выход формирователя кодов локальных центров соединен с входом вычитаемого вычитателя и первым входом вычислителя обобщенных данных, второй вход которого соединен с выходом медиального значения разностей узла нерегулярной пороговой дискретизации, выход кода конфигурации которого соединен с третьим входом вычислителя обобщенных данных и соответствующим входом формирователя признаков обобщения, вход идентификации локальных центров и информационный вход формирователя кодов локальных центров соединены соответственно с входом идентификации обобщенных данных узла нерегулярной пороговой дискретизации и с входом уменьшаемого вычитателя, выход которого соединен с информационным входом узла нерегулярной пороговой дискретизации, вход идентификации данных которого соединен с соответствующим входом формирователя признаков обобщения и является одноименным входом блока сжатия, выходом признаков обобщения которого является выход формирователя признаков обобщения, причем выход признаков обобщения каждого предыдущего блока сжатия соединен с входом признаков обобщения последующего блока сжатия.
2. Устройство для сжатия данных, содержащее n идентичных блоков сжатия, каждый из которых выполнен в виде вычитателя, вычислителя обобщенных данных и последовательно соединенных узла нерегулярной пороговой дискретизации и квантователя, причем информационным входом блока сжатия является вход уменьшаемого вычитателя, входами порога нерегулярной дискретизации и идентификации обобщенных данных являются соответствующие входы узла нерегулярной пороговой дискретизации, а информационным выходом и выходом обобщенных данных являются выходы соответственно квантователя и вычислителя обобщенных данных, причем выход обобщенных данных и вход идентификации обобщенных данных каждого предыдущего блока сжатия соединены соответственно с информационным входом и входом идентификации данных последующего блока сжатия, отличающееся тем, что в каждый из n блоков сжатия введены формирователь кодов локальных центров, узел нерегулярной дискретизации и формирователь признаков обобщения, при этом выход формирователя кодов локальных центров соединен с входом вычитаемого вычитателя и первым входом вычислителя обобщенных данных, второй вход которого соединен с выходом медиального значения разностей узла нерегулярной пороговой дискретизации, выход квантователя через узел нерегулярной дискретизации соединен с выходом кода конфигурации блока сжатия, третьим входом вычислителя обобщенных данных и соответствующим входом формирователя признаков обобщения, вход идентификации локальных центров и информационный вход формирователя кодов локальных центров соединены соответственно с входом идентификации обобщенных данных узла нерегулярной пороговой дискретизации и входом уменьшаемого вычитателя, выход которого соединен с информационным входом узла нерегулярной пороговой дискретизации, вход идентификации данных которого соединен с соответствующими входами узла нерегулярной дискретизации и формирователя признаков обобщения и является одноименным входом блока сжатия, выходом признаков обобщения которого является выход формирователя признаков обобщения, причем выход признаков обобщения каждого предыдущего блока сжатия соединен с входом признаков обобщения последующего блока сжатия.
3. Устройство для сжатия данных, содержащее n идентичных блоков сжатия, каждый из которых выполнен в виде вычитателя, вычислителя обобщенных данных и последовательно соединенных узла нерегулярной пороговой дискретизации и квантователя, причем информационным входом блока сжатия является вход уменьшаемого вычитателя, входами порога нерегулярной дискретизации и идентификации обобщенных данных являются соответствующие входы узла нерегулярной пороговой дискретизации, а информационным выходом, выходом кода конфигурации и выходом обобщенных данных являются выходы соответственно квантователя, узла нерегулярной пороговой дискретизации и вычислителя обобщенных данных, причем выход обобщенных данных и вход идентификации обобщенных данных каждого предыдущего блока сжатия соединены соответственно с информационным входом и входом идентификации данных последующего блока сжатия, отличающееся тем, что в каждый из n блоков сжатия введены формирователь кодов локальных центров, узел регулярной дискретизации и формирователь признаков обобщения, при этом выход формирователя кодов локальных центров соединен с входом вычитаемого вычитателя и первым входом вычислителя обобщенных данных, второй вход которого соединен с выходом медиального значения разностей узла нерегулярной пороговой дискретизации, выход кода конфигурации которого соединен с третьим входом вычислителя обобщенных данных и соответствующим входом формирователя признаков обобщения, вход идентификации локальных центров узла нерегулярной пороговой дискретизации соединен с соответствующими входами узла регулярной дискретизации и формирователя кодов локальных центров, информационный вход которого соединен с входом уменьшаемого вычитателя, выход которого через узел регулярной дискретизации соединен с информационным входом узла нерегулярной пороговой дискретизации, вход идентификации данных которого соединен с соответствующими входами узла регулярной дискретизации и формирователя признаков обобщения и является одноименным входом блока сжатия, выходом признаков обобщения которого является выход формирователя признаков обобщения, входом порога регулярной дискретизации является одноименный вход узла регулярной дискретизации, выход признака децимации которого соединен с соответствующим входом узла нерегулярной пороговой дискретизации и является одноименным выходом блока сжатия, причем выход признаков обобщения каждого предыдущего блока сжатия соединен с входом признаков обобщения последующего блока сжатия.
4. Устройство для сжатия данных, содержащее n идентичных блоков сжатия, каждый из которых выполнен в виде вычитателя, вычислителя обобщенных данных и последовательно соединенных узла нерегулярной пороговой дискретизации и квантователя, причем информационным входом блока сжатия является вход уменьшаемого вычитателя, входами порога нерегулярной дискретизации и идентификации данных являются соответствующие входы узла нерегулярной пороговой дискретизации, а информационным выходом и выходом обобщенных данных являются выходы соответственно квантователя и вычислителя обобщенных данных, причем выход обобщенных данных и вход идентификации обобщенных данных каждого предыдущего блока сжатия соединены соответственно с информационным входом и входом идентификации данных последующего блока сжатия, отличающееся тем, что в каждый из n блоков сжатия введены формирователь кодов локальных центров, узел регулярной дискретизации, узел нерегулярной дискретизации и формирователь признаков обобщения, при этом выход формирователя кодов локальных центров соединен с входом вычитаемого вычитателя и первым входом вычислителя обобщенных данных, второй вход которого соединен с выходом медиального значения разностей узла нерегулярной пороговой дискретизации, выход квантователя через узел нерегулярной дискретизации соединен с выходом кода конфигурации блока сжатия, третьим входом вычислителя обобщенных данных и соответствующим входом формирователя признаков обобщения, вход идентификации локальных центров узла нерегулярной пороговой дискретизации соединен с соответствующими входами узла регулярной дискретизации и формирователя кодов локальных центров, информационный вход которого соединен с входом уменьшаемого вычитателя, выход которого через узел регулярной дискретизации соединен с информационным входом узла нерегулярной пороговой дискретизации, вход идентификации данных которого соединен с соответствующими входами узла регулярной дискретизации, узла нерегулярной дискретизации и формирователя признаков обобщения и является одноименным входом блока сжатия, выходом признаков обобщения которого является выход формирователя признаков обобщения, входом порога регулярной дискретизации является одноименный вход узла регулярной дискретизации, выход признака децимации которого соединен с соответствующим входом узла нерегулярной пороговой дискретизации и является одноименным выходом блока сжатия, причем выход признаков обобщения каждого предыдущего блока сжатия соединен с входом признаков обобщения последующего блока сжатия.