Спосіб фільтрації та стиснення аналогового сигналу

Реферат: Спосіб фільтрації та стискання аналогового сигналу належить до галузі обробки інформації і застосовується для компактного кодування відліків аналогових сигналів та відеосигналів. В способі фільтрацію і компактне кодування відліків сигналу здійснюють шляхом ковзкого згладжування поточних вибірок відліків сигналу з мінімальним вікном усереднення, визначення амплітудно-часових характеристик екстремумів, які кодують як суттєві відліки, визначення оцінки показника вхідного співвідношення сигнал/шум, який характеризує достовірність екстремальних відліків сигналу. На основі отриманої інформації при допустимих величинах відповідних оцінок показника вхідного співвідношення сигнал/шум сусідніх екстремальних відліків здійснюють визначення амплітудно-часових характеристик точок перегину на відрізку сигналу між відповідними екстремумами, а компактне кодування даних вибірок сигналу здійснюють шляхом кодування загальної службової інформації, службової інформації і компактних даних поточних ділянок вибірок сигналу з однотипною оцінкою одного із двох показників вхідного співвідношення сигнал/шум. При цьому службову інформацію поточної ділянки відповідної вибірки сигналу утворюють коди, визначені в процесі обробки відліків поточної вибірки сигналу, а компактні дані поточних ділянок вибірок сигналу утворюють компактні послідовності службових та інформативних бітів, при цьому компактні бітові UA 97704 C2 (12) UA 97704 C2 послідовності різницевих кодів суттєвих відліків та компактні коди кількості несуттєвих відліків між поточними суттєвими відліками ділянки почергово йдуть один за одним до завершення процесу кодування поточної ділянки. Кінцевим кодом поточної ділянки відповідної вибірки сигналу є поточний компактний код кількості несуттєвих відліків після коду попереднього суттєвого відліку, після чого здійснюють кодування відліків наступної ділянки вибірки сигналу, а після завершення кодування останньої ділянки поточної вибірки сигналу виконують фільтрацію та кодування відліків наступної вибірки вхідного сигналу. За допомогою заявленого способу досягається суттєве скорочення масивів даних, що підлягають накопиченню та передачі по каналах зв'язку. UA 97704 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі обробки інформації і застосовується для компактного кодування відліків аналогових сигналів та відеосигналів в системах накопичення і передачі інформації в пристроях моніторингу сигналів. Винахід може застосовуватись в телемедичних системах, в промислових сенсорних мережах, в мережах відеомоніторингу, в бортових телеметричних системах. Відомий спосіб фільтрації і стиску даних у бортових системах обробки вимірювальної інформації (Кубинський Т.Б., Лукенюк А.А., Яцимірський М.М. Стиск даних у бортових системах обробки вимірювальної інформації // Відбір і обробка інформації.-2000. - Вип. 14 (90). – С. 142145), згідно з яким фільтрація і стиск сигналів здійснюється шляхом реалізації вейвлетперетворення та зрізання несуттєвих коефіцієнтів перетворення для отримання стислого масиву даних. Спільною ознакою відомого способу-аналога і пропонованого способу є отримання меншого за об'ємом вихідних даних на основі врахування суттєвих даних. Причиною, яка заважає досягненню поставленої технічної задачі - досягнення високого коефіцієнта стиснення даних при забезпеченні мінімального спотворення обвідної відновленого сигналу - є неконтрольовані спотворення в ключових точках (екстремумах і точках перегину) ділянок обвідної сигналу. Відомий спосіб стиску сигналів (SU, 1649529 А1, G 06F 3/05, опубл. 15.05.91 р., Бюл. № 18), згідно з яким зменшення збитковості вихідних даних досягається зменшенням службових даних про часову прив'язку суттєвих відліків і уникненням кадрів канальної прив'язки суттєвих відліків. При цьому на виході пристрою формується біт-орієнтований код у вигляді наступної послідовності бітів GiTi{Xi}, де Gi - біт поточної ознаки коду Галуа, який приймає значення 0 або 1 в залежності від кодового ключа генератора кодів поля Галуа; Ti - біт прив'язки суттєвості відліку, при цьому при Т=1 відлік є суттєвим, а при Т=0 - несуттєвим; {Хі} - k - бітовий двійковий код суттєвого відліку (k - кількість біт послідовного коду). Спільною ознакою відомого способу-аналога і пропонованого способу є виявлення суттєвих і несуттєвих відліків сигналу та кодування відповідних суттєвих відліків кодом (Ті=1){Хi}. Причиною, яка заважає досягненню поставленої технічної задачі, є те, що в процесі стиску відліків сигналу формуються та кодуються збиткові дані у вигляді бітів ознак коду Галуа та послідовності нульових бітів несуттєвих відліків. Відомий спосіб стиску сигналів (SU, 1709368 А1, G 08 С 19/28, опубл. 30.01.92 р., Бюл. № 4), згідно з яким збільшення коефіцієнта стиску сигналу забезпечується зменшенням службових даних про часову прив'язку суттєвих відліків. При цьому після стиску сигналу формується біт орієнтований код у вигляді послідовності бітів GiTi{Xi}, де Gi - біт поточної ознаки коду Галуа, Tt біт прив'язки суттєвості відліку де при Т=1 відлік є суттєвим, а при Т=0 - несуттєвим; {Xi} - k бітовий двійковий код суттєвого відліку, k - кількість біт послідовного коду. Підвищення коефіцієнта стиску сигналу досягається за рахунок використання двох службових бітів для часової прив'язки суттєвих і несуттєвих відліків. Цей спосіб стиску сигналу вибраний нами за прототип. Спільними ознаками способу-прототипу і пропонованого способу є виявлення суттєвих і несуттєвих відліків сигналу та кодування відповідних суттєвих відліків кодом (Ti=1){Xi}. Причиною, яка заважає досягненню поставленої технічної задачі, є те, що в процесі стиску відліків сигналу формуються та кодуються збиткові службові дані та відсутня інформація, яка дозволяє організувати адаптивне кодування/декодування компактних даних з метою підвищення коефіцієнта стиску інформації при заданій точності відновлення обвідної сигналу. В основу запропонованого винаходу поставлена задача створення способу фільтрації та стиску аналогового сигналу шляхом введення додаткових операцій ковзкого згладжування поточних вибірок відліків сигналу з мінімальним вікном усереднення, визначення амплітудночасових характеристик екстремумів, які кодують як суттєві відліки, визначення оцінки показника вхідного співвідношення сигнал/шум, який характеризує достовірність екстремальних відліків сигналу, і на основі отриманої інформації при допустимих величинах відповідних оцінок показника вхідного співвідношення сигнал/шум сусідніх екстремальних відліків здійснюють визначення амплітудно-часових характеристик точок перегину на відрізку сигналу між відповідними екстремумами, а також операцій компактного кодування даних вибірок сигналу шляхом кодування загальної службової інформації, службової інформації і компактних даних поточних ділянок вибірок сигналу з однотипною оцінкою одного із двох показників вхідного співвідношення сигнал/шум, при цьому службову інформацію поточної ділянки відповідної вибірки сигналу утворюють коди, визначені в процесі обробки відліків поточної вибірки сигналу, перші суттєві відліки поточних ділянок сигналу кодують повнорозрядним двійковим кодом, а проміжні суттєві відліки кодують різницевим двійковим кодом зі знаком, компактні дані поточних 1 UA 97704 C2 5 10 15 20 25 ділянок вибірок сигналу утворюють компактні послідовності службових та інформативних бітів, що кодують повнорозрядні двійкові послідовності першого суттєвого відліку поточної ділянки, кількість несуттєвих відліків між поточними сусідніми суттєвими відліками ділянки та поточні суттєві відліки ділянки, які кодуються різницевим кодом, при цьому компактні бітові послідовності різницевих кодів суттєвих відліків та компактні коди кількості несуттєвих відліків між поточними суттєвими відліками ділянки почергово слідують один за одним до завершення процесу кодування поточної ділянки, де кінцевим кодом поточної ділянки відповідної вибірки сигналу є поточний компактний код кількості несуттєвих відліків після коду попереднього суттєвого відліку, після чого здійснюють кодування відліків наступної ділянки вибірки сигналу, а після завершення кодування останньої ділянки поточної вибірки сигналу виконують фільтрацію та кодування відліків наступної вибірки вхідного сигналу. При компактному кодуванні суттєвих відліків ділянок сигналу з оцінкою показника вхідного співвідношення сигнал/шум, який перевищує допустиму величину, кількість двійкових біт суттєвих відліків вибирають мінімально допустиму, що в свою чергу зменшує кількість біт для кодування повнорозрядних та різницевих суттєвих відліків сигналу. Задача вирішується тим, що в способі фільтрації і стиску аналогового сигналу, що включає визначення і кодування суттєвих і несуттєвих відліків сигналу, при цьому суттєві відліки сигналу кодують кодом Тi{Хi}, де Ti=1 - біт ознаки суттєвості відліку, {Хi} – k - бітовий двійковий код і-го суттєвого відліку, і=1,2,3,… - номер поточного відліку сигналу, фільтрацію і компактне кодування відліків сигналу здійснюють послідовними вибірками, де на поточній вибірці сигналу здійснюють попередню фільтрацію вхідних відліків сигналу шляхом їх ковзкого згладжування з мінімальним вікном усереднення ly=3…5 поточних відліків сигналу та визначають суттєві відліки-екстремуми на попередньо відфільтрованій вибірці сигналу і відповідні їм оцінки показника співвідношення сигнал/шум, при цьому амплітудно-часові параметри суттєвих відліків-екстремумів визначають на основі обчислення різниці Xiф  Xiф  Xiф1 між сусідніми відліками попередньо  відфільтрованого сигналу, де Xiф - поточний відлік відфільтрованого сигналу, і на основі визначення місцезнаходження j-го суттєвого відліку-екстремуму j=1,2,3,… - номер поточного відліку-екстремуму, що відповідає амплітудно-часовим характеристикам поточного відліку Xiф1 ,  для якого величина X iф змінює свій стан, де під зміною стану величини X iф вважають зміну її 30 35 знака, включаючи зміну нульової величини X iф на позитивну чи негативну величину X iф і навпаки, а оцінку показника відношення сигнал/шум, що відповідає j-му суттєвому відлікуекстремуму визначають на основі обчислення різниці Xш  Xс  ш  Xф , де Xс  ш  Xi 1 - вхідний j j j j відлік сигналу з шумом, місцезнаходження якого відповідає j-му відліку-екстремуму, X ф j поточний попередньо відфільтрований відлік сигналу, що відповідає j-му відліку-екстремуму, при цьому для відрізків сигналу між двома сусідніми екстремумами з оцінками показника вхідного співвідношення сигнал/шум Xш  Xдоп , де X доп - допустима величина шумів, j визначають суттєві відліки-точки перегину (точки зміни опуклості обвідної сигналу) шляхом обчислення різниці  Xiф  Xiф  Xiф1 між сусідніми приростами попередньо відфільтрованого  сигналу та визначення місцезнаходження l-го суттєвого відліку-точки перегину, 1=1,2,3,… номер поточного відліку-точки перегину, що відповідає амплітудно-часовим характеристикам поточного відліку Xiф1 , для якого величина  Xiф змінює свій стан, після чого здійснюють    40   компактне кодування даних вибірок сигналу на основі кодування загальної службової інформації, службової інформації і компактних даних поточних ділянок вибірок сигналу з однотипною оцінкою одного із двох показників вхідного співвідношення сигнал/шум, включаючи 45 50 показники Xш  Xдоп і Xш  Xдоп , при цьому загальну службову інформацію утворюють qj j бітовий код реального часу, q-бітовий код для кодування максимальної кількості біт повнорозрядних суттєвих відліків поточних ділянок сигналу, якими є перші відліками ділянок, dбітовий код максимальної частоти дискретизації сигналу, код максимальної кількості Nmax суттєвих відліків кожної із ділянок поточних вибірок сигналу, код максимальної кількості Мmах несуттєвих відліків між сусідніми суттєвими відліками поточних ділянок вибірок сигналу, службову інформацію поточної ділянки відповідної вибірки сигналу утворюють коди, визначені в процесі обробки відліків поточної вибірки сигналу, включаючи біт  виду кодування кількості суттєвих відліків поточної ділянки з однотипною оцінкою показника співвідношення сигнал/шум, 2 UA 97704 C2 5 10 15 20 n - бітовий код кількості суттєвих відліків поточної ділянки з однотипною оцінкою показника співвідношення сигнал/шум, де при =0 і =1, n0