Система обратимого сжатия телеметрической информации

• Автор: Сидякин, Иван Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Содержание
Введение.

Глава 1. Анализ исходных данных.

1.1. Архитектура системы сбора и обработки телеметрической информации

1.2. Формат данных потока ТМИ.

1.3. Исследование статистических характеристик

параметров ТМИ

1.3.1. Высокочастотные параметры.

1.3.2. Низкочастотные параметры

1.4. Архитектура системы обратимого сжатия

Глава 2. Исследование декорреляции данных ТМИ с помощью метода линейного предсказания.
2.1. Используемые понятия и определения.
2.2. Схема декоррелятора на основе авторегрессионной модели
2.3. Полиномиальная аппроксимация.
2.4. Преобразование сигнала ошибки
2.5. Обработка экспериментальных данных.
2.5.1. Полиномиальная аппроксимация
2.5.2. Авторегрессионная модель линейного предсказания
Глава 3. Исследование методов декорреляции на основе линейных преобразований
3.1. Общие определения
3.2. Обратимое сжатие на основе метода сжатия с потерями
3.3. Преобразование КархуненаЛоева
3.4. Дискретное косинусное преобразование
3.5. Модифицированное дискретное косинусное преобразование.
3.6. Вейвлет преобразования
3.6.1. Бпреобразование.
3.6.2. ТБпреобразование
3.7. Обработка экспериментальных данных
Глава 4. Исследование методов энтропийного кодирования.
4.1. Основные определения
4.2. Коды Хаффмана.
4.3. Арифметическое кодирование
4.4. Коды Райса
Глава 5. Описание системы обратимого сжатия ТМИ
5.1. Общая архитектура системы
5.2. Уменьшение семантической избыточности телеметрической информации
5.3. Согласование сжатого потока ТМИ с каналом связи
Заключение
Список литературы


Разработка программной реализации модуля сжатия телеметрической информации для эксплуатации в составе распределённой системы обработки ТМИ. Научная новизна работы. Предложена архитектура системы сжатия ТМИ, обеспечивающая эффективное обратимое сжатие существенно нестационарных и разнородных данных, транслируемых в режиме реального времени по каналам связи телеметрического комплекса. Для повышения эффективности энтропийного кодера система использует сегментирование и декорреляцию данных. Предложена методика сравнения и критерии оценки эффективности методов, обеспечивающих обратимое сжатие ТМИ. Методика обеспечивает независимую оценку эффективности этапов декорреляции и энтропийного кодирования данных. На основании исследования статистических характеристик параметров потока ТМИ предложены, реализованы и проверены в экспериментах с реальными данными методы декорреляции ТМИ на основе линейного предсказания. На основании исследования спектральных характеристик параметров потока ТМИ предложены, реализованы и проверены в экспериментах с реальными данными, методы декорреляции ТМИ на основе линейных преобразований. На основе анализа статистических характеристик декоррелированного сигнала предложены, реализованы и проверены экспериментально методы энтропийного кодирования параметров потока ТМИ. Основной объём диссертационной работы составляют исследования различных методов декорреляции входных данных и энтропийного кодирования. Работа разделяется на пять глав. В первой главе дано описание архитектуры распределённой системы сбора и обработки ТМИ. Приведена классификация и представлены результаты анализа статистических характеристик параметров ТМИ. Описаны форматы данных. Предложена общая структура системы обратимого сжатия параметров ТМИ. ТМИ на основе линейного предсказания. ТМИ на основе линейных преобразований. В четвёртой главе рассмотрен заключительный этап сжатия -энтропийное кодирование. Проведён сравнительный анализ эффективности методов Хаффмана, Райса и двоичного арифметического кодирования для сжатия параметров потока ТМИ. ТМИ. Приведены характеристики системы. ТМИ. Глава 1. На рис. ТМИ. Рис. Компоненты системы, которые размещаются на контролируемом объекте, показаны на рис. Это оборудование включает датчики различного типа. Измерительная информация, поступающая от датчиков, оцифровывается и приводится к единому диапазону значений. Один отсчёт сигнала датчика представляется целым числом в ограниченном диапазоне. Различают два типа телеметрических параметров: высокочастотные (ВЧ) и низкочастотные (НЧ). К первому типу параметров относятся медленно меняющиеся параметры такие, как температура, скорость, высота и т. К ВЧ параметрам относятся акустическое давление и виброускорение. Для представления в цифровой форме ВЧ параметров используется более высокая частота дискретизации и, в ряде случаев, меньшее количество уровней квантования, чем для НЧ параметров. Формат представления ТМИ позволяет объединить передачу ВЧ и НЧ параметров в едином потоке ТМИ. Оцифрованные показания датчиков передаются в схему коммутации, которая формирует кадр ТМИ. Схема коммутации может включать одну или несколько ступеней коммутаторов. Эффективное сжатие информации возможно в случае, если известна схема коммутации каналов. Эта информация позволяет сделать определённые предположения о структуре корреляционных зависимостей в потоке ТМИ. В рассматриваемом формате потока ТМИ предусмотрен канальный основной коммутатор, каналы которого используются для передачи ВЧ параметров и для подключения нескольких локальных коммутаторов второй ступени по канала каждый. Локальные коммутаторы второй ступени используются для передачи НЧ параметров. НЧ параметры передаются 2-х или 4-х позиционным 8-ми разрядным кодом. Формат потока ТМИ позволяет сократить объём передаваемой информации за счёт уменьшения семантической избыточности []. Полный кадр ТМИ формируется за один цикл опроса коммутатора первой ступени. Кадры имеют фиксированный размер и генерируются с фиксированной частотой.