Курсовая работа: Сжатие данных при телеизмерениях

Существует несколько методов сжатия объема сообщения (рисунок 3), где ИИД – исключение избыточных данных, АД – адаптивная дискретизация, АК – адаптивная коммутация, АРЧ – автоматическая регулировка частоты опроса сигнала.

Рисунок 3

По возможности восстановления исходного сигнала все методы сжатия делятся на необратимые и квазиобратимые. К необратимым относятся методы, при которых на приемную сторону передается не сам сигнал как функция времени, а какие-то его характеристики. Имея эти характеристики невозможно восстановить исходный сигнал как функцию времени. В качестве таких характеристик могут выступать спектральная плотность мощности, функция плотности вероятности, форма корреляционной функции. К квазиобратимым относятся методы допускающие восстановление исходного сигнала с определенной степенью верности.

Программируемые представления предполагают возможность изменения способа представления или его показателей, например частоты опроса, в ходе работы системы. Смена режима производится или по решению оператора или по определенной программе. Число различных основных показателей такого представления обычно ограничено.

К методам сжатия данных путем эффективного кодирования относятся методы представления измеряемой информации в дискретной форме, требующие минимального количества символов при заданных показателях верности. К эффективному кодированию относится статистическое и рациональное кодирование. Алгоритмы статистического кодирования позволяют сократить число двоичных символов в коде при передаче отдельных фрагментов сообщений с большой вероятностью появления. Например, гласные имеют большую вероятность появления, поэтому их можно кодировать кодом с минимальным количеством символов и наоборот. Алгоритмы рационального кодирования обеспечивают передачу сообщений с минимальным количеством символов при том же качестве восстановления сигналов в условиях априорной неопределенности относительно вероятностных и спектральных характеристик.

Адаптивные методы сжатия данных позволяют уменьшить среднюю частоту дискретизации. Они основаны на кусочной аппроксимации измеряемой величины более простой функцией времени и передаче дискретных значений измеряемой величины при достижении погрешностью аппроксимации некоторого заданного значения. Для реализации адаптивных методов могут применяться адаптивная коммутация каналов, адаптивная дискретизация и исключение избыточных данных. Возможно применение комбинированного метода, сочетающего в себе принципы программируемых систем и систем, исключающих избыточные данные. В некотором случае целесообразно применять РТМС с автоматическим регулированием частоты опроса датчиков. Адаптивные методы делятся на одно- и двухпараметрические. В случае однопараметрической адаптации может фиксироваться длительность интервала сообщения и тогда изменяется число формируемых координат или может фиксироваться число формируемых координат и тогда изменяется длительность интервала сообщения. При двухпараметрической адаптации изменяется число формируемых координат и длительность сообщений. РТМС со сжатием данных характеризуется рядом коэффициентов:

1. Коэффициент сжатия данных - определяется как отношение отсчета измеряемой величины, передаваемой без сжатия, к количеству отсчетов в системе со сжатием, за продолжительность времени при заданной верности :

. ( 1)

Существует информационная трактовка этого коэффициента:

, ( 2)

где - количество передаваемой информации в системе без сжатия, - среднее количество передаваемой информации в системе со сжатием.

2. Коэффициент эффективности, позволяющий получить сравнительную оценку различных методов сжатия.

, ( 3)

где - минимальное количество информации, которое при заданном ограничении, например, длительности интервала представления, необходимо передавать в системе. Коэффициент эффективности является абсолютной характеристикой способа представления сообщения в данном классе.

3. Коэффициент помехоустойчивости, характеризующий чувствительность сообщения к искажению координат

( 4)

где - значения показателя верности в системе без сжатия и со сжатием данных. Помехоустойчивость системы может характеризоваться коэффициентами сжатия по полосе и мощности.

, ( 5)

где - полоса частот и мощность источника питания на передающей стороне в системе без сжатия и со сжатием данных, обеспечивающие ту же верность.

4. Время задержки сообщения в аппаратуре сжатия - . На этот параметр накладываются ограничения, определяемые временем протекания аварийных процессов, т.к. в этом случае вся накопленная в оперативной памяти информация может быть потеряна.

5. Коэффициент сложности алгоритма - характеризует среднее число вычисляемых операций или команд, реализуемых аппаратурой сжатия данных для вычисления одной координаты.

Глава 2. Программируемые РТМС

В рассматриваемых РТМС сокращение избыточности достигается за счет установления на некотором отрезке времени для каждого параметра или группы параметров своей частоты опроса. Установка частоты опроса осуществляется по известным максимальным характеристикам параметров: граничной частоты спектра, минимальным интервалом корреляции и максимальной скорости изменения параметра. Для программного изменения частоты опроса должны быть известны указанные априорные сведения. На рисунке 4 показано, что на интервалах частота опроса меняется дискретно.

Рисунок 4

Скачкообразное изменение частоты опроса позволяет сократить избыточность, сохраняя заданное значение погрешности дискретизации.

Структурная схема передающей части программируемой РТМС представлена на рисунке 5, где Д – датчики, К – коммутатор, РПУ – радиопередающее устройство, УУ+ЗУ – устройство управления и запоминающее устройство.