RU2192708C2 - Method for compressing spectrum width of limited- frequency-band electric information signals - Google Patents
Method for compressing spectrum width of limited- frequency-band electric information signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2192708C2 RU2192708C2 RU2000127012/09A RU2000127012A RU2192708C2 RU 2192708 C2 RU2192708 C2 RU 2192708C2 RU 2000127012/09 A RU2000127012/09 A RU 2000127012/09A RU 2000127012 A RU2000127012 A RU 2000127012A RU 2192708 C2 RU2192708 C2 RU 2192708C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- samples
- group
- signals
- values
- readings
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 21
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 3
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 claims 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 claims 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 claims 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- 101100129500 Caenorhabditis elegans max-2 gene Proteins 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 101100083446 Danio rerio plekhh1 gene Proteins 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 2
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике передачи информации и может использоваться в системах электросвязи, когда необходимо сжатие ширины спектра передаваемых сигналов для уменьшения полосы частот проводного или радиоканала и (или) требуется обеспечить скрытность передаваемых сообщений. The invention relates to techniques for transmitting information and can be used in telecommunication systems when it is necessary to compress the spectrum width of the transmitted signals to reduce the frequency band of a wired or radio channel and (or) it is required to ensure the secrecy of the transmitted messages.
Известен [1] способ сжатия ширины спектра частот сигналов путем записи исходного сигнала в некотором запоминающем устройстве (например, в магнитофоне) и последующего воспроизведения и передачи по каналу в замедленном режиме. There is a known [1] method for compressing the width of the frequency spectrum of signals by recording the original signal in some storage device (for example, in a tape recorder) and then reproducing and transmitting along the channel in slow motion.
Недостатком этого способа является увеличение времени передачи сообщений (времени занятия канала) и дополнительная задержка принимаемого сообщения относительно сообщения, поступившего от источника, что в большинстве систем связи оказывается неприемлемым; передача непрерывных (без пауз) сигналов таким способом невозможна. The disadvantage of this method is the increase in message transmission time (channel occupation time) and an additional delay in the received message relative to the message received from the source, which in most communication systems is unacceptable; transmission of continuous (without pauses) signals in this way is impossible.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) можно считать способ [2] преобразования ширины спектра частот, допускающий как расширение, так и сжатие спектра, в котором операции записи в запоминающем устройстве предшествует представление сигнала в дискретном виде. При этом дискретные отсчеты исходного сигнала (следующие с периодом T1=1/2F1, где F1 - верхняя частота в спектре сигнала) записываются в запоминающем устройстве с одной скоростью, а считываются (в режиме, обеспечивающем сжатие спектра) с меньшей скоростью. Затем из последовательности отсчетов с увеличенными тактовыми интервалами Т2(Т2>T1) формируются непрерывные сигналы, которые и подаются на вход канала связи.The closest technical solution (prototype) can be considered a method [2] for converting the width of the frequency spectrum, allowing both expansion and contraction of the spectrum, in which the write operation in the storage device is preceded by a discrete representation of the signal. In this case, discrete samples of the original signal (the following with a period of T 1 = 1 / 2F 1 , where F 1 is the upper frequency in the signal spectrum) are recorded in the memory at one speed, and are read (in the mode that provides spectrum compression) at a lower speed. Then, from the sequence of samples with increased clock intervals T 2 (T 2 > T 1 ), continuous signals are generated, which are fed to the input of the communication channel.
Однако и этому способу свойственны указанные выше недостатки (увеличение времени занятия канала, дополнительная задержка сообщений, невозможность передачи непрерывных (без пауз) сигналов). However, this method is also characterized by the above-mentioned disadvantages (increase in channel occupation time, additional message delay, inability to transmit continuous (without pauses) signals).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является сжатие ширины спектра сигналов электросвязи без уменьшения объема информации, приходящегося на единицу времени существования исходного сигнала, т.е. без уменьшения скорости передачи информации; при этом обеспечивается скрытность передаваемых сообщений. The technical result of the invention is to compress the spectrum width of telecommunication signals without reducing the amount of information per unit time of existence of the original signal, i.e. without reducing the speed of information transfer; this ensures the secrecy of the transmitted messages.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что, как и в способе - прототипе [2], исходные непрерывные сигналы дискретизируется по времени, искусственно увеличиваются тактовые интервалы между дискретными отсчетами и формируются непрерывные сигналы с соответственно более узкой полосой частот, но в отличие от указанного способа [2] период следования дискретных отсчетов увеличивается не искусственной задержкой каждого следующего отсчета относительно предыдущего (без изменения самих отсчетов), а быстрым (при применении современных высокоскоростных вычислительных устройств) преобразованием (свертыванием) отсчетов каждой группы, на которые предварительно разделяется вся последовательность отсчетов, в один эквивалентный групповой отсчет (ГО) - импульс, величина амплитуды и полярность которого в совокупности взаимно однозначно отображают аналогичные параметры исходных импульсов-отсчетов соответствующей группы. Причем сигналы, допускающие сжатие спектра, т. е. имеющие ограниченную полосу частот, могут принадлежать как одному, так и нескольким (разным) источникам; в последнем случае составной сигнал может быть образован на основе частотного или временного принципов разделения сигналов. The essence of the invention lies in the fact that, as in the prototype method [2], the initial continuous signals are sampled by time, the clock intervals between discrete samples are artificially increased and continuous signals are formed with a correspondingly narrower frequency band, but unlike the specified method [2] the period of following discrete samples is not increased by an artificial delay of each subsequent sample relative to the previous one (without changing the samples themselves), but by a fast one (using modern x high-speed computing devices) by converting (collapsing) the samples of each group into which the entire sequence of samples is previously divided into one equivalent group sample (GO) - a pulse whose amplitude and polarity collectively uniquely reflect similar parameters of the initial pulses-samples of the corresponding group . Moreover, signals that allow compression of the spectrum, that is, having a limited frequency band, can belong to one or several (different) sources; in the latter case, a composite signal can be formed based on the frequency or time principles of signal separation.
На чертеже иллюстрируется один из вариантов формирования ГО. Исходный сигнал (чертеж a) u(t) (он может быть и составным) в результате дискретизации по времени с шагом T1=l/2F1, где F1 - верхняя частота в спектре сигнала u(t), представляется последовательностью импульсов-отсчетов u1(t). Эта последовательность разбивается на группы, например, по 3 отсчета в каждой группе. С учетом именно такого варианта выполнен чертеж б. Причем рассмотрен случай, когда импульсы, отображающие первые отсчеты в группах (u1(t) на чертеже б), сохраняют свои параметры (полярность и амплитуду), а вторые и третьи импульсы-отсчеты квантуются по уровню и кодируются, т.е. представляются двоичными кодовыми комбинациями - сигналы u2(t) на чертеже б. Затем из каждой группы сигналов, состоящей из u1(t) и u2(t) (чертеж б), формируется групповой импульс-отсчет u3(t) (чертеж в).The drawing illustrates one of the options for the formation of GO. The original signal (drawing a) u (t) (it can also be composite) as a result of time sampling with a step T 1 = l / 2F 1 , where F 1 is the upper frequency in the spectrum of the signal u (t), is represented by a sequence of pulses samples u 1 (t). This sequence is divided into groups, for example, 3 samples in each group. Given just such an option, drawing b is made. Moreover, the case is considered when the pulses displaying the first samples in groups (u 1 (t) in Figure b) retain their parameters (polarity and amplitude), and the second and third pulse samples are quantized in level and encoded, i.e. represented by binary code combinations - signals u 2 (t) in drawing b. Then, from each group of signals, consisting of u 1 (t) and u 2 (t) (drawing b), a group pulse-count u 3 (t) is generated (drawing c).
Как видно из чертежа, сигналы u3(t) следуют с периодом T2=3T1, следовательно, для преобразования последовательности импульсов u3(t) в непрерывный сигнал u4(t) может быть использован фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза F2=1/2T2=1/2•3T1=F1/3. Если при разделении отсчетов (u1(t)) исходного сигнала (u(t)) на группы каждая из них будет содержать не 3, а n>3 отсчетов, то после формирования групповых отсчетов (ГО) и обработки их в ФНЧ соответственно повысится и степень сжатия спектра: F2=F1/n.As can be seen from the drawing, the signals u 3 (t) follow with a period T 2 = 3T 1 , therefore, to convert a sequence of pulses u 3 (t) into a continuous signal u 4 (t), a low-pass filter (LPF) with a frequency of cutoff F 2 = 1 / 2T 2 = 1/2 • 3T F 1 = 1/3. If, when dividing the samples (u 1 (t)) of the original signal (u (t)) into groups, each of them will contain not 3, but n> 3 samples, then after the formation of group samples (GO) and processing them in the low-pass filter, it will increase and the compression ratio of the spectrum: F 2 = F 1 / n.
Рассмотренный способ в целом свободен от недостатков, свойственных способу - прототипу [2]: постоянная незначительная задержка принятых сообщений относительно сообщений, поступивших от источника, обусловлена лишь временем формирования ГО и восстановления исходных сигналов, т.е. связана с техническим совершенством вычислительных устройств, реализующих соответствующие алгоритмы, и не препятствует передаче непрерывных (без пауз) сигналов. The considered method is generally free from the disadvantages inherent in the prototype method [2]: a constant slight delay in received messages regarding messages received from the source is due only to the time of the formation of the GO and restoration of the original signals, i.e. It is connected with the technical perfection of computing devices that implement the corresponding algorithms, and does not interfere with the transmission of continuous (without pauses) signals.
Поскольку амплитуда, полярность и частота следования импульсов, отображающих ГО, принципиально отличаются от аналогичных характеристик отсчетов исходного сигнала, вновь сформированный непрерывный сигнал со сжатым спектром становится совершенно неузнаваемым. А если учесть, что параметры алгоритма, обеспечивающего свертку нескольких отсчетов в один ГО, можно время от времени изменять, то извлечь какую-либо информацию из нового сигнала для непосвященного становится практически невозможным. Since the amplitude, polarity, and repetition rate of pulses reflecting the GO are fundamentally different from similar characteristics of the samples of the initial signal, the newly formed continuous signal with a compressed spectrum becomes completely unrecognizable. And if we take into account that the parameters of the algorithm that provides the convolution of several samples into one GO can be changed from time to time, then it becomes almost impossible for the uninitiated to extract any information from the new signal.
В системах с модемами для сжатия ширины спектра сигналов, поступающих в линию связи, и (или) обеспечения скрытности передаваемой информации достаточно применить предлагаемый способ к модулирующим сигналам. При этом степень сжатия спектра определяется не только параметрами алгоритма формирования ГО, но и видом модуляции (манипуляции). In systems with modems, to compress the width of the spectrum of the signals entering the communication line and / or to ensure the secrecy of the transmitted information, it is sufficient to apply the proposed method to modulating signals. In this case, the degree of compression of the spectrum is determined not only by the parameters of the algorithm for generating GOs, but also by the type of modulation (manipulation).
Предлагаемый способ без каких-либо ограничений совместим с другими известными способами уменьшения полосы частот сигналов (устранение избыточности, линейное предсказание, многопозиционное кодирование, применение речепреобразующих устройств и т.д.) и может использоваться как средство повышения эффективности этих способов. The proposed method without any restrictions is compatible with other known methods of reducing the frequency band of signals (elimination of redundancy, linear prediction, multi-position coding, the use of speech-converting devices, etc.) and can be used as a means of increasing the efficiency of these methods.
Для реализации свертки каждой j-й (j=1,2,3,...) группы отсчетов ИОj1, ИOj2,..., ИОj,n) исходного сигнала (ИС) в один групповой отсчет ГОj предлагается способ, сущность которого заключается в том, что все исходные отсчеты (или все, кроме первых отсчетов в группах ИOj1) квантуются по уровням и представляются двоичными кодовыми комбинациями KKотсj,k (k=1,2,...n), образующими в совокупности групповую кодовую комбинацию ГККj, в последующем разделяемую на части ККi,j, где i - номер этапа формирования ГОj, i=1,2,...,m; каждой из кодовых комбинаций ККi,j с учетом ее численного значения ставится в соответствие индивидуальное сочетание информационных чисел хi и уi, используемых в рекуррентных алгоритмах (1) и (2) m-этапных процессов формирования и разделения ГОj, устанавливающих взаимно однозначное соответствие параметров ГОj и квантованных отсчетов ИO'j1, ИО'j2,..., ИО'j,n:
Hi=xik[Hi-1+C(1+2yi], i=1,2,...,m, (1)
где Нi - промежуточное значение ГОj, Нm - окончательное значение ГOj;
xi - двоичное число ±1, которое отображает символы "1", "0" и несет часть информации об амплитуде и (или) знаке очередного отсчета исходного сигнала или другую информацию;
k - положительное дробное десятичное число (<1), выполняющее роль нормирующего коэффициента для ограничения области изменения значений Нi;
Н0 - (Нi-1 при i=1) - значение 1-го отсчета в группе (ИОj1) или поверочное число, которое используется для оценки правильности восстановления отсчетов (ИО'j1, ИО'j2,..., ИО'j,n);
С - нормирующий коэффициент (положительное десятичное число), его назначение - делать величину [Hi-1+С(1+2yi)] всегда положительной;
уi - целое или дробное десятичное число, указывающее ту или иную область значений =[Hi-1+C(1+2yi)] (|Hi| модуль Нi; ширина каждой области равна Δ == 2С(1+2уmin); центр области соответствует величине С(1+2уi); число областей равно ri - число двоичных разрядов в кодовой комбинации, которую отображает уi) и несущее полную или частичную информацию о параметрах (знаке и амплитуде) одного или нескольких квантованных отсчетов j-й группы исходного сигнала (или другую информацию); на каждом i-м этапе формирования ГОj уi может принимать одно из М значений (позиций); различные значения уi от ymin до уmax изменяются с одинаковым шагом δ, например уi={ 0,1,2,3,4,5,6,7} (здесь δ= 1; М=8; r1=log28=3) или yi={0,5; 2,5; 4,5; 6,5} (здесь δ= 2; M=4; r1=log24=2); с учетом хi комбинация {хi, уi} несет информацию, представленную r1i=(r1+1) двоичными разрядами;
m - число этапов формирования ГОj; максимальное (без перекрытия областей |Hi|/k, которым принадлежат различные значения yi) значение k равно
kmax=(1+2ymin)/2(1+ymin+ymax), (*)
где уmin и уmax соответственно - минимальное и максимальное значения уi;
по полученным с помощью (2) численным значениям хi и уi в обратной последовательности восстанавливаются кодовые комбинации ККi,j, ГККj, и ККотсj,k, отсчеты ИO'j1, ИО'j2,..., ИО'j,n (j=1,2,3,...) и сигнал ИС', отличающийся от исходного сигнала ИС тем, что он формируется из квантованных отсчетов.To implement the convolution of each j-th (j = 1,2,3, ...) groups of samples EUT j1, IO j2, ..., AI j, n) of the original signal (IP) in one group count j is provided a method of GO , the essence of which is that all the original samples (or all, except the first samples in the groups IO j1 ) are quantized by levels and are represented by binary code combinations KK otj, k (k = 1,2, ... n), forming in aggregate group code combination GKK j , subsequently divided into parts KK i, j , where i is the number of the stage of formation of GO j , i = 1,2, ..., m; each of the code combinations KK i, j , taking into account its numerical value, is associated with an individual combination of information numbers x i and y i used in the recurrence algorithms (1) and (2) of m-stage processes of formation and separation of GO j , establishing a one-to-one correspondence of parameters GO j and quantized samples IO ' j1 , IO' j2 , ..., IO ' j, n :
H i = x i k [H i-1 + C (1 + 2y i ], i = 1,2, ..., m, (1)
where H i is the intermediate value of GO j ; H m is the final value of GO j ;
x i - binary number ± 1, which displays the characters "1", "0" and carries part of the information about the amplitude and (or) sign of the next sample of the original signal or other information;
k is a positive fractional decimal number (<1), which plays the role of a normalizing coefficient to limit the range of changes in the values of H i ;
Н 0 - (Н i-1 at i = 1) - the value of the 1st sample in the group (ИО j1 ) or the verification number, which is used to assess the correctness of restoration of samples (ИО ' j1 , ИО' j2 , ..., ИО ' j, n );
С - normalizing coefficient (positive decimal number), its purpose is to make the value [H i-1 + С (1 + 2y i )] always positive;
y i is an integer or fractional decimal number indicating a particular range of values = [H i-1 + C (1 + 2y i )] (| H i | module Н i ; the width of each region is Δ == 2С (1 + 2у min ); the center of the region corresponds to the value С (1 + 2у i ) ; the number of areas is equal r i is the number of binary digits in the code combination, which is displayed by i ) and carrying full or partial information about the parameters (sign and amplitude) of one or more quantized samples of the jth group of the original signal (or other information); at each i-th stage of formation of GO, j i can take one of M values (positions); different values of i from y min to y max vary with the same step δ, for example, i = {0,1,2,3,4,5,6,7} (here δ = 1; M = 8; r 1 =
m is the number of stages of formation of GO j ; maximum (without overlapping areas | H i | / k to which various values of y i belong) the value of k is
k max = (1 + 2y min ) / 2 (1 + y min + y max ), (*)
where y min and y max, respectively - the minimum and maximum values of i ;
using the numerical values of x i and y i obtained using (2), the code combinations KK i, j , GKK j , and KK ot j, k , samples OO j1 , OO j2 , ..., OO j , n (j = 1,2,3, ...) and the IS signal ', which differs from the original IS signal in that it is formed from quantized samples.
Использование алгоритма (1) предполагает, что исходный сигнал ограничен по амплитуде (это условие выполняется практически во всех системах как одноканальных, так и многоканальных). При этом величина С(1+2уmin) может, в частности, выбираться равной принятому (фактическому) уровню амплитудного ограничения. В этом случае динамический диапазон сигнала после сжатия спектра практически останется прежним.Using algorithm (1) assumes that the original signal is limited in amplitude (this condition is satisfied in almost all systems, both single-channel and multi-channel). Moreover, the value of C (1 + 2y min ) can, in particular, be chosen equal to the accepted (actual) level of the amplitude limitation. In this case, the dynamic range of the signal after compression of the spectrum will practically remain the same.
Примечания:
1) кроме сжатия спектра и обеспечения скрытности передачи сообщений, информационные параметры хi и уi и соответствующие двоичные разряды или их комбинации могут использоваться в качестве служебных сообщений (например, для повышения точности восстановления, служебной связи, тестирования канала), для организации многоканальной передачи от нескольких источников и т.п. ;
2) формирование и восстановление значений Нi можно осуществлять либо аналоговыми вычислительными устройствами (АВУ), либо - цифровыми (ЦВУ), например, используя микропроцессор, но в последнем случае значения Нi должны представляться десятичными числами с максимальным числом знаков (разрядов) после запятой;
3) т. к при наличии искажений и помех в канале на последних этапах восстановления Нi возможны ошибки в определении хi и уi, для уменьшения значимости этих ошибок при формировании Нi рекомендуется вначале "упаковывать" младшие разряды всех объединяемых отсчетов, а затем - старшие, используя при этом перемежение разрядов; в этом случае при правильном восстановлении старших разрядов все восстановленные отсчеты будут искажены примерно одинаково и в меньшей степени, чем без сжатия спектра, т.к. мощность шума прямо пропорциональна полосе частот канала, а при сжатии спектра эта полоса может быть соответственно уменьшена.Notes:
1) in addition to compressing the spectrum and ensuring the secrecy of message transmission, the information parameters x i and y i and the corresponding binary digits or their combinations can be used as service messages (for example, to increase the accuracy of recovery, service communication, channel testing), to organize multi-channel transmission from several sources, etc. ;
2) the formation and restoration of the values of N i can be done either by analog computing devices (AVU) or digital (CV), for example, using a microprocessor, but in the latter case, the values of N i must be represented as decimal numbers with a maximum number of decimal places (digits) ;
3) ie. To the presence of distortions and noise in the channel in the last stages of the recovery H i to errors in the determination of x i and y i, for reducing the significance of these errors in the formation of H i recommended first "pack" LSBs all merged sample, and then - senior, using interleaving discharges; in this case, with the correct restoration of the high-order bits, all restored samples will be distorted approximately equally and to a lesser extent than without spectrum compression, since noise power is directly proportional to the channel frequency band, and when the spectrum is compressed, this band can be correspondingly reduced.
Пример 1 - сжатие спектра в 2 раза, т.е. число объединяемых в один ГОj отсчетов равно двум; искажения и помехи в канале пренебрежимо малы; число уровней квантования сигнала ИС' 256; число двоичных разрядов (дв.р.) на один отсчет ИС' 1=log2256=8; значения уi={0,5; 2,5; 4,5; 6,5} (log24=2, т.е. на каждом этапе формирования ГОj комбинация {хi, yi} может отобразить ("упаковать" в ГОj) максимально 3 дв.р.); в каждый ГОj "внедряется" 1 служебный дв. р. ; C= 4; число этапов формирования ГОj равно 6: на 5 этапах "внедряется" по 3 дв.р. и на 1 этапе 2 дв.р. (всего 17 дв.р.; при необходимости эту комбинацию можно перекодировать); на 5 этапах (в соответствии с (*))kmax1= (1+2ymin)/2(1+ymin+ymax)= (1+2•0,5)/2(1+0,5+6,5)=1/8 (принимается k1=1/10); на одном этапе (для 2-х дв.р.) kmax2=(1+2•0,5)/2(1+0,5+ +2,5)=2/8= 1/4 (принимается k2= kmax2=1/4); Н0 (Hi-1 при i=1) принимается равным +6 и используется в качестве поверочного числа, по которому проверяется правильность восстановления.Example 1 - compression of the spectrum by 2 times, i.e. the number of j samples combined into one GO is equal to two; channel distortion and interference are negligible; the number of quantization levels of the signal IP '256; the number of binary digits (dv) per one IP sample '1 = log 2 256 = 8; the values of i i = {0.5; 2.5; 4,5; 6.5} (
В таблицах 1 и 2 приведены сведения, образующие базу данных, необходимых для формирования и разделения любых ГО, применительно к указанным выше условиям примера 1. Tables 1 and 2 show the information that makes up the database necessary for the formation and separation of any civil defense, in relation to the above conditions of example 1.
Принятая для некоторой j-й группы конкретная групповая кодовая комбинация (ГККj), отображающая ИO'j1, ИО'j2 и 1 служебный разряд (сл.р.), а также разделение этой ГККj на части (ККi,j), используемые на отдельных этапах формирования ГОj, и выбранные для каждой такой части ГККj из табл. 1 числа хi и yi приведены в табл.3.The specific group code combination (GKK j ) adopted for a certain j-th group, representing IO ' j1 , IO' j2 and 1 service rank (r.r.), as well as dividing this GKK j into parts (KK i, j ), used at individual stages of the formation of GO j , and selected for each such part of the HCC j from Table 1 numbers x i and y i are given in table 3.
Этапы формирования ГОj в соответствии с (1):
1. H1=x1[H0+C(1+2y1)]k1=+[+6+4(1+2•4,5)]/10=+4,6;
2. Н2=x2[Н1+С(1+2у2)]k1=-[+4,6+4(1+2•6,5)]/10=-6,06;
3. Н3=x3[Н2+С(1+2у3)]k1=+[-6,06+4(1+2•2,5)]/10=+1,794;
4. H4=x4[Н3+С(1+2у4)]k1=-[+1,794+4(1+2•4,5)]/10=-4,1794;
5. Н5=x5[H4+C(1+2y5)]k1=-[-4,1794+4(1+2•6,5)]/10=-5,18206;
6. Н6=x6[H5+C(1+2y6)]k2=-[-5,18206+4(1+2•0,5)]/4=-0,704485.The stages of formation of GO j in accordance with (1):
1. H 1 = x 1 [H 0 + C (1 + 2y 1 )] k 1 = + [+ 6 + 4 (1 + 2 • 4,5)] / 10 = + 4,6;
2. Н 2 = x 2 [Н 1 + С (1 + 2у 2 )] k 1 = - [+ 4,6 + 4 (1 + 2 • 6,5)] / 10 = -6,06;
3. Н 3 = x 3 [Н 2 + С (1 + 2у 3 )] k 1 = + [- 6.06 + 4 (1 + 2 • 2.5)] / 10 = + 1.794;
4. H 4 = x 4 [H 3 + C (1 + 2y 4 )] k 1 = - [+ 1,794 + 4 (1 + 2 • 4,5)] / 10 = -4,1794;
5. H 5 = x 5 [H 4 + C (1 + 2y 5 )] k 1 = - [- 4.1794 + 4 (1 + 2 • 6.5)] / 10 = -5.18206;
6. H 6 = x 6 [H 5 + C (1 + 2y 6 )] k 2 = - [- 5.18206 + 4 (1 + 2 • 0.5)] / 4 = -0.704485.
Таким образом, ГОj, эквивалентный выбранным конкретным кодовым комбинациям для ИO'j1, И0'j2 и одного служебного разряда ("1"), соответствует величине (-0,704485). Аналогично формируются и другие ГОj.Thus, GO j , equivalent to the selected specific code combinations for IO ' j1 , I0' j2 and one service bit ("1"), corresponds to a value of (-0.704485). Other GOs j are formed similarly.
Этапы восстановления значений хi, yi и Н0 (в соответствии с приведенным выше алгоритмом (2)):
1. 1) Н6= -0,704485⇒x6= -1, |H6| =0,704485; 2) |H6|/k2= 0,704485•4= 2,81794; 3) из табл.2 следует, что |H6|/k2 =2,81794 принадлежит области {0.. .16}⇒у6=0,5, С(1+2у6)=8; 4) Н5=|H6|/k2-С(1+2у6)=2,81794-8=-5,18206;
2. Н5= -5,18206⇒x5=-1, |H5| = 5,18206⇒|H5|/k1=5,18206•10=51,8206⇒{48... 64}⇒у5=6,5, C(1+2y5)=56⇒H4=51,8206-56=-4,1794;
3. H4= -4,1794⇒x4=-1, |H4| = 4,1794⇒|H4|/k1 =4,1794•10=41,794⇒{32...48} ⇒у4=4,5, С(1+2у4)=40⇒Н3=41,794-40=+1,794;
4. Н3= +1,794⇒х3=+1, |H3| = 1,794⇒|H3|/k1 =1,794•10=17,94⇒{16...32}⇒у3= 2,5, С(1+2у3)=24⇒H2=17,94-24=-6,06;
5. H2= -6,06⇒x2= -1, |H2| =6,06⇒|H2|/k1 =6,06•10=60,6⇒{48...64}⇒у2=6,5, С(1+2у2)=56⇒Н1=60,6-56=+4,6;
6. H1= +4,6⇒x1= +1, |H1| = 4,6⇒|H1|/k1 =4,6•10= 46⇒{ 32...48}⇒y1=4,5, C(l+2y1)=40⇒Н0=46-40=+6.The stages of restoring the values of x i , y i and H 0 (in accordance with the above algorithm (2)):
1.1) H 6 = -0.704485⇒x 6 = -1, | H 6 | = 0.704485; 2) | H 6 | / k 2 = 0.704485 • 4 = 2.81794; 3) from Table 2 it follows that | H 6 | / k 2 = 2.81794 belongs to the region {0 .. .16} ⇒y 6 = 0.5, C (1 + 2y 6 ) = 8; 4) H 5 = | H 6 | / k 2 -C (1 + 2y 6 ) = 2.81794-8 = -5.18206;
2. H 5 = -5.18206⇒x 5 = -1, | H 5 | = 5.18206⇒ | H 5 | / k 1 = 5.18206 • 10 = 51.8206⇒ {48 ... 64} ⇒y 5 = 6.5, C (1 + 2y 5 ) = 56⇒H 4 = 51.8206-56 = -4.1794;
3. H 4 = -4.1794⇒x 4 = -1, | H 4 | = 4.1794⇒ | H 4 | / k 1 = 4.1794 • 10 = 41.794⇒ {32 ... 48} ⇒y 4 = 4.5, C (1 + 2y 4 ) = 40⇒ H 3 = 41.794 -40 = + 1.794;
4. H 3 = + 1,794⇒x 3 = + 1, | H 3 | = 1,794⇒ | H 3 | / k 1 = 1,794 • 10 = 17.94⇒ {16 ... 32} ⇒y 3 = 2.5, C (1 + 2y 3 ) = 24⇒H 2 = 17.94 -24 = -6.06;
5. H 2 = -6.06 x x 2 = -1, | H 2 | = 6.06⇒ | H 2 | / k 1 = 6.06 • 10 = 60.6⇒ {48 ... 64} ⇒y 2 = 6.5, C (1 + 2y 2 ) = 56⇒H 1 = 60.6-56 = + 4.6;
6. H 1 = + 4,6⇒x 1 = +1, | H 1 | = 4.6⇒ | H 1 | / k 1 = 4.6 • 10 = 46⇒ {32 ... 48} ⇒y 1 = 4.5, C (l + 2y 1 ) = 40⇒N 0 = 46 -40 = + 6.
Таким образом, результаты восстановления хi, уi и Н0 совпадают с исходными данными, по полученным значениям хi и уi в соответствии с табл. 1 определяются кодовые комбинации (ККi,j) из 3-х и 2-х разрядов (число разрядов r1i для любого этапа определяется начальными условиями), из них формируются две 8-разрядные комбинации, отображающие ИO'j1 и ИО'j2, и фиксируется служебный разряд. По кодовым комбинациям для ИО'j1 и ИО'j2 восстанавливаются квантованные значения ИO'j1 и ИО'j2. Аналогично восстанавливаются и другие группы из ИO'j1 и ИО'j2 (j=1,2,3,..,), а затем - ИС'.Thus, the results of the restoration of x i , y i and H 0 coincide with the original data, according to the obtained values of x i and y i in accordance with table. 1, code combinations (CC i, j ) are determined from 3 and 2 digits (the number of digits r 1i for any stage is determined by the initial conditions), two 8-bit combinations are formed from them, displaying IO ' j1 and IO' j2 , and the service discharge is fixed. According to the code combinations for IE 'j1 and IO' j2 restored quantized values IO 'j1 and IO' j2. Other groups from IO ' j1 and IO' j2 (j = 1,2,3, ..,) are similarly restored, and then IS '.
Пример 2 - сжатие спектра в 3 раза; влиянием искажений и помех в канале пренебрегать нельзя; Н0=ИOj1= +2; число уровней квантования ИС' 128; число дв. р. на 1 отсчет ИС' l=log2128=7, при этом 6 разрядов отображают величину отсчета, а 1 разряд - его знак (-1⇒"0",+1⇒"1"); значения yi={ 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15} (log216= 4, с учетом хi на каждом этапе формирования ГОj комбинация {xi, yi} может отобразить максимально 5 дв. р. ); соответствие xi, yi и кодовых комбинаций (ККi,j) - в табл.4; С=10; число этапов формирования ГОj равно 3: на 2-х этапах "внедряется" по 5 дв.р. и на одном этапе 4 дв. р. ; на 2-х этапах (в соответствии с (*)) kmax1= (1+2уmin)/2(1+уmin+уmax)= (1+2•0)/2(1+0+15)= 1/32 (принимается k1=1/32); на одном этапе kmax2= (1+2•0)/2(1+0+7)=1/16 (принимается k2=1/16); назначение разрядов в групповой кодовой комбинации (ГККj) (для ИО'j2 и ИO'j3) и принятые их конкретные значения - в табл.5; перераспределение разрядов в ГКК, с учетом рекомендации 3 Примечаний, разделение разрядов по этапам и конкретные значения хi и yi (в соответствии с табл.4) - в табл.6; границы и центры областей в табл.7.Example 2 -
Этапы формирования ГОо в соответствии с (1):
1. H1=x1[H0+C(1+2y1)]k1=-[+2+10(1+2•11)]/32=-7,25;
2. H2=x2[H1+C(l+2y2)]k1=-[-7,25+10(1+2•6)]/32=-3,8359375;
3. Н3=x3[Н2+С(1+2у3)]k2=-[-3,8359375+10(1+2•2)]/16=-2,8852539.The stages of formation of GO about in accordance with (1):
1. H 1 = x 1 [H 0 + C (1 + 2y 1 )] k 1 = - [+ 2 + 10 (1 + 2 • 11)] / 32 = -7.25;
2. H 2 = x 2 [H 1 + C (l + 2y 2 )] k 1 = - [- 7.25 + 10 (1 + 2 • 6)] / 32 = -3.8359375;
3. Н 3 = x 3 [Н 2 + С (1 + 2у 3 )] k 2 = - [- 3,8359375 + 10 (1 + 2 • 2)] / 16 = -2,8852539.
Таким образом, ГОj, эквивалентный выбранным конкретным кодовым комбинациям для ИO'j2 и ИO'о3, соответствует величине (-2,8852539). Аналогично формируются и другие ГОj.Thus, GO j , equivalent to the selected specific code combinations for IO ' j2 and IO' o3 , corresponds to a value of (-2.8852539). Other GOs j are formed similarly.
Источники информации
1. Харкевич А.А. Избранные труды, т. 2. М.: Наука, 1973.Sources of information
1. Kharkevich A.A. Selected Works, vol. 2. M .: Nauka, 1973.
2. GB 1438716 A, H 04 B 11/66, 1976. 2. GB 1,438,716 A, H 04
Claims (4)
где Нi - промежуточное значение ГОj;
Нm - окончательное значение ГОj;
хi - двоичное число ±1, которое вместе с yi отображает кодовую комбинацию ККij;
k - положительное дробное десятичное число (<1), выполняющее роль нормирующего коэффициента для ограничения области изменения значений Hi;
Н0 - (Нi-1 при i= 1) - значение 1-го отсчета в группе ИОjl или поверочное число, которое используется для оценки правильности восстановления отсчетов ИO'jl, ИO'j2, . . . , ИO'j,n;
С - нормирующий коэффициент - положительное десятичное число, его назначение - делать величину [Hi-1+C(1+2yi)] всегда положительной;
yi - целое или дробное десятичное число, указывающее ту или иную область значений = [Hi-1+C(1+2yi)] , где |Hi| - модуль Нi; ширина каждой области равна Δ == 2C(1+2ymin); центр области соответствует величине С(1+2уi); число областей равно где ri - число двоичных разрядов в кодовой комбинации, которую отображает yi; на каждом i-м этапе формирования ГOjyi может принимать одно из М значений; различные значения уi от уmin до уmax изменяются с одинаковым шагом, с учетом хi комбинация { xi, yi} несет информацию, представленную rli= (ri+1) двоичными разрядами;
m - число этапов формирования ГОj;
максимальное без перекрытия областей которым принадлежат различные значения yi, значение k равно
kmax= (1+2ymin)/2(1+ymin+ymax),
где уmin и уmax - соответственно минимальное и максимальное значения уi;
по полученным с помощью (2) численным значениям хi и уi в обратной последовательности восстанавливают кодовые комбинации ККij, ГККj и ККотсj,k, квантованные импульсы-отсчеты ИО'jl, ИО'j2, . . . , ИО'j,n, из которых формируют сигнал с исходным значением полосы частот.H i = x i k [H i-1 + C (1 + 2y i )], i = 1,2,. . . , m (1)
where H i is the intermediate value of GO j ;
H m - the final value of GO j ;
x i is a binary number ± 1, which, together with y i, displays the code combination of QC ij ;
k is a positive fractional decimal number (<1) that plays the role of a normalizing coefficient to limit the range of variation of the values of H i ;
Н 0 - (Н i-1 at i = 1) - the value of the 1st sample in the group of ИО jl or the verification number, which is used to assess the correctness of the restoration of the samples ИО ' jl , ИO' j2 ,. . . , OO ' j, n ;
C - normalizing coefficient - a positive decimal number, its purpose is to make the value [H i-1 + C (1 + 2y i )] always positive;
y i is an integer or fractional decimal number indicating a particular range of values = [H i-1 + C (1 + 2y i )], where | H i | - module H i ; the width of each region is Δ == 2C (1 + 2y min ); the center of the region corresponds to the value of C (1 + 2y i ); the number of areas is equal where r i is the number of bits in the code combination that y i displays; at each i-th stage of the formation of GO j y i can take one of M values; different values of i i from y min to y max vary with the same step, taking into account x i the combination {x i , y i } carries the information represented by r li = (r i +1) binary digits;
m is the number of stages of formation of GO j ;
maximum without overlapping areas to which different values of y i belong, the value of k is
k max = (1 + 2y min ) / 2 (1 + y min + y max ),
where min and max are respectively the minimum and maximum values of i ;
using the numerical values of x i and y i obtained using (2), the code combinations KK ij , GKK j and KK otj, k , quantized impulse samples IO ' jl , IO' j2 , are restored in the reverse sequence. . . , ИО ' j, n , from which a signal is formed with the initial value of the frequency band.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000127012/09A RU2192708C2 (en) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | Method for compressing spectrum width of limited- frequency-band electric information signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000127012/09A RU2192708C2 (en) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | Method for compressing spectrum width of limited- frequency-band electric information signals |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000127012A RU2000127012A (en) | 2002-10-10 |
RU2192708C2 true RU2192708C2 (en) | 2002-11-10 |
Family
ID=20241479
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000127012/09A RU2192708C2 (en) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | Method for compressing spectrum width of limited- frequency-band electric information signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2192708C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1438716A (en) * | 1972-08-28 | 1976-06-09 | Hitachi Ltd | Frequency band converter |
US4633490A (en) * | 1984-03-15 | 1986-12-30 | International Business Machines Corporation | Symmetrical optimized adaptive data compression/transfer/decompression system |
US4706264A (en) * | 1983-06-22 | 1987-11-10 | Chung Telecommunications | Digital data compression method and means |
EP0961414A2 (en) * | 1992-01-17 | 1999-12-01 | The Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus for encoding, decoding and compression of audio-type data |
RU2144261C1 (en) * | 1993-10-11 | 2000-01-10 | Филипс Электроникс Н.В. | Transmitting system depending for its operation on different coding |
-
2000
- 2000-10-27 RU RU2000127012/09A patent/RU2192708C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1438716A (en) * | 1972-08-28 | 1976-06-09 | Hitachi Ltd | Frequency band converter |
US4706264A (en) * | 1983-06-22 | 1987-11-10 | Chung Telecommunications | Digital data compression method and means |
US4633490A (en) * | 1984-03-15 | 1986-12-30 | International Business Machines Corporation | Symmetrical optimized adaptive data compression/transfer/decompression system |
EP0961414A2 (en) * | 1992-01-17 | 1999-12-01 | The Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus for encoding, decoding and compression of audio-type data |
RU2144261C1 (en) * | 1993-10-11 | 2000-01-10 | Филипс Электроникс Н.В. | Transmitting system depending for its operation on different coding |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2189109C2 (en) | Finite impulse response filter built around rom for mobile telephone set | |
EP0199088B1 (en) | Method and apparatus for modifying a run-length limited code | |
EP0653846A1 (en) | Apparatus and method for coding or decoding signals, and recording medium | |
CN1326269A (en) | Transmitting system for carrying different encoding principles | |
EP0004759B1 (en) | Methods and apparatus for encoding and constructing signals | |
US3952189A (en) | Complex analog waveform generator | |
CN1289183A (en) | Recording medium for code signal | |
FR2463996A1 (en) | DIGITAL SIGNAL TRANSMISSION SYSTEM | |
FR2515900A1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR ENCODING AND DECODING A BINARY DIGITAL INFORMATION SIGNAL | |
US20240428808A1 (en) | Method and System for Data-Hiding Within Audio Transmissions | |
NO143776B (en) | DIGITAL / ANALOG CONVERTER. | |
JPH0563000B2 (en) | ||
US6693963B1 (en) | Subband encoding and decoding system for data compression and decompression | |
US3789144A (en) | Method for compressing and synthesizing a cyclic analog signal based upon half cycles | |
RU2192708C2 (en) | Method for compressing spectrum width of limited- frequency-band electric information signals | |
ES2253912T3 (en) | AUDIO ENCODER USING THE REPEATED TRANSMISSION OF PACKAGE PARTS. | |
US3646445A (en) | Adaptive extremal coding of analog signals | |
US6300891B1 (en) | D/A conversion apparatus | |
US6397276B1 (en) | Data transmission by an alternating-frequency analog signal | |
Shaft | Bandwidth compaction codes for communications | |
Anderson et al. | Architecture and construction of a hardware sequential encoder for speech | |
RU2000127012A (en) | METHOD FOR COMPRESSING THE WIDTH OF THE SPECTRUM OF INFORMATION ELECTRICAL SIGNALS WITH A LIMITED FREQUENCY BAND | |
RU2830973C1 (en) | Method and device for companding audio broadcast signals | |
Lyle Jr | Degradation of the signal‐to‐noise ratio of Gaussian signals in Gaussian noise transmitted over a digital channel | |
KR960015861B1 (en) | Quantizer & quantizing method of linear spectrum frequency vector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031028 |