УСТРОЙСТВО СЖАТИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ДАННЫХ
DEVICE TO COMPRESS AND TO RECOVER DIGITAL DATA

Изобретение относится к области регистрации цифровой информации и может использоваться для увеличения объема регистрации цифровой информации на любой носитель.
Прототипом принято устройство сжатия и восстановления цифровых данных [1], содержащее кодер и декодер. Кодер включает последовательно соединенные регистр, схему сравнения, счетчик импульсов, дешифратор и блок ключей, блок элементов задержек и блок регистрации, декодер включает последовательно соединенные первый регистр, первый блок ключей и второй регистр, второй блок ключей, вычитающий счетчик импульсов и дешифратор и первый и второй ключи. На вход кодера поступают 8-разрядные коды видеосигналов с АЦП в параллельном виде с частотой дискретизации 27 МГц, выполняется сравнение по величине каждого предыдущего и последующего кодов, выявляется их равенство или неравенство, счетчик подсчитывает число кодов, равных по величине и идущих последовательно друг за другом: максимальное число кодов, равных по величине, подряд подсчитывается до 255 /11111111/. Коды, равные по величине, кроме первого, исключаются из потока кодов, за их счет и идет сжатие потока данных. Коэффициент сжатия от 1 до 255. Сжатая информация записывается с кодера на твердотельный носитель. Восстановление сжатой информации на 100% выполняется декодером. Недостатком прототипа является недостаточная степень сжатия, до 255.
Цель изобретения - повышение степени сжатия цифровых данных.
з
выд
о
о
от
от
т
т
выд
выд
выд1
выд1
з
выд2
выд1
Техническим результатом является увеличение степени сжатия в 4 раза: с 255 по 1023. В заявляемом устройстве используется способ [1], заключающийся в последовательном сравнении каждого предыдущего и последующего кодов по величине, подсчете числа кодов, равных по величине и следующих друг за другом, получении двоичного кода этого числа с введением его в поток вслед за первым кодом своей последовательности и исключением из нее подсчитанных кодов, при воспроизведении - выявление в сжатом потоке кодов кода числа равных кодов и выдача первого кода по числу изъятых кодов при сжатии. Сущность изобретения в том, что в кодере, содержащем регистр, схему сравнения, счетчик импульсов, дешифратор и блок ключей, блок элементов задержек и блок регистрации, счетчик импульсов и дешифратор выполнены 10-разрядными, блок регистрации выполнен 11-разрядным, а в декодер вводятся накопитель кодов соответствующей емкости, третий 11-разрядный регистр, третий и четвертый ключи, а первый регистр выполняется 11-разрядным, вычитающий счетчик и дешифратор выполняются 10-разрядными. В кодере в темпе следования потока кодов в параллельном виде производится подсчет числа идущих друг за другом кодов, равных по величине, формируется 10-разрядный код этого числа, в 11-й разряд которого вводится признак кода числа равных кодов, и этот 11-разрядный код вводится в поток вслед за первым кодом этой последовательности. Максимальное число кодов, равных по величине, составляет 1023, код 1111111111. На чертежах: кодер на фиг.1, диаграммы процесса сжатия и восстановления потока на фиг.2, декодер на фиг.3. Кодер включает /фиг.1/ последовательно соединенные 8-разрядный регистр 1, схему 2 сравнения /компаратор/, 10-разрядный счетчик 3 импульсов, дешифратор 4 и блок 5 ключей из восьми ключей, блок 6 элементов из восьми элементов и блок 7 регистрации, являющийся буферным накопителем 11-разрядных кодов. Декодер включает /фиг.3/ последовательно соединенные первый 11-разрядный регистр 8, введенный накопитель 9 кодов, соответствующей емкости 11-разрядных кодов, введенный третий 11-разрядный регистр 10, первый блок 11 ключей из восьми ключей и второй 8-разрядный регистр 12, последовательно соединенные второй блок 13 ключей из десяти ключей, 10-разрядный вычитающий счетчик 14 импульсов и дешифратор 15, включает первый 16, второй 17 ключи и введенные третий 18 и четвертый 19 ключи. На вход кодера /фиг.1/ поступают 8-разрядные коды в параллельном виде с АЦП /или другого источника цифровых данных/. Первый-восьмой разряды кода поступают на первый-восьмой входы регистра 1, на первый-восьмой входы схемы 2 сравнения и на первый-восьмой входы блока 6 элементов задержек. Исходное состояние ключей в блоке 5 открытое. Импульсы кода в блоке 6 элементов задержек задерживаются на время срабатывания схемы 2 сравнения и поступают через открытые ключи блока 5 на первый-восьмой входы разрядов в блоке 7 регистрации. Схема 2 сравнения производит сравнение по величине каждого предыдущего и последующего кодов, выявляя их равенство или неравенство. В качестве схемы 2 сравнения приняты две микросхемы 530СП1 с временем срабатывания 18 нс [2, c.279]. При неравенстве кодов А больше В схема сравнения выдает сигнал на выходе 2 фиг.1 [2, с.272, рис.2.190, выход 5], а при А меньше В выдает сигнал с выхода 3 /в микросхеме выход 7/, при равенстве кодов А=В выдает сигнал с выхода 1 /в микросхеме выход 6/. При равенстве кодов сигнал с выхода 1 схемы сравнения 2 закрывает U ключи в блоке 5, поступает счетным импульсом на счетный вход счетчика 3 импульсов и на первый управляющий U вход регистра 1. Счетчик 3 ведет счет импульсов, пока в потоке идут коды, равные по величине. При неравенстве кодов со схемы 2 сравнения идет сигнал с выхода 2 или 3, которые объединены, сигналы с этих выходов используются в качестве управляющих сигналов. При следовании равных по величине кодов счетчик 3 импульсов /микросхема К531ИЕ 17П с временем срабатывания 12 нс [2, с.156]/ производит счет числа равных по величине кодов. Счетчик 3 импульсов 10-разрядный, максимальный код в нем 1111111111 /1023/. При сравнении в схеме 2 неравных кодов появляется сигнал с выхода 2 или 3, который обнуляет U регистр 1, выдает из счетчика 3 подсчитанный на этот момент код на входы первого-десятого разрядов блока 7 регистрации и заполняет своим импульсом 11-й разряд в блоке 7 регистрации, являющийся признаком числа кодов, равных по величине, со счетчика 3. Параллельно код со счетчика 3 импульсов поступает в дешифратор 4, выходной сигнал с которого поступает на управляющий U вход счетчика 3, обнуляя его, и через диод открывает ключи U в блоке 5 ключей. Подсчитываемые счетчиком 3 коды на вход блока 7 не поступают, закрыты ключи в блоке 5, а исключаются из потока: за их счет идет сжатие потока /фиг.2/. За первым кодом последовательности равных кодов следует код со счетчика 3 импульсов на входы первого-десятого разрядов блока 7 регистрации и сигнал с второго /третьего/ выхода схемы 2 сравнения на вход одиннадцатого разряда блока 7. При следовании подряд равных кодов более 1023 дешифратор 4 при коде 1111111111 выдает импульс, открывающий U ключи в блоке 5, выдает код из счетчика 3 на входы первого-десятого разрядов блока 7 и импульс в 11-й разряд блока 7 регистрации. На входе блока 7 регистрации поток кодов имеет вид диаграммы II фиг.2. Блок 7 регистрации производит регистрацию потока кодов на твердотельный носитель [3, с.326, 328], в который поток заносится байт за байтом и принимает вид диаграммы III на фиг.2. С носителя сжатый поток кодов может переписываться на диск DVD, загружаться на жесткий диск персонального компьютера /ПК/ или на твердотельный носитель [5, с.13 (400 Гбайт), с.69]. Кодер может быть включен в состав ПК /ноутбук/ и иметь свой выход. Пропускная способность определяется временем срабатывания схемы 2 сравнения 18 нс плюс счетчика 3 импульсов 12 нс, в сумме 30 нс, и обеспечивает следование потока кодов в параллельном виде до 30 Мбайт/с. Для восстановления сжатой информации коды в последовательном виде поступают на информационный вход декодера /фиг.3/, на вход первого регистра 8. Информационный код занимает с первого по восьмой разряды регистра 8, а при поступлении кода числа равных кодов заполняются с первого по одиннадцатый разряды регистра 8. Коды принимают параллельный вид, в котором они дальше и используются. На первый управляющий вход U регистра 8 поступают тактовые импульсы U. С первого регистра 8 код в параллельном виде выдается сигналом U частотой  в накопитель 9 кодов, емкость которого соответствует предназначению устройства, в котором используется декодер. Из накопителя 9 кодов коды в параллельном виде выдаются сигналом U с ключа 18 с частотой . При закрытом ключе 18 накопитель 9 сосредотачивает коды в себе. Исходное состояние ключей в блоке 11 открытое, в блоке 13 закрытое, ключей 16, 18, 19 открытое, ключа 17 закрытое. Пока в регистр 10 поступают коды без сигнала опознания в 11-м разряде кода, они поступают через открытые ключи блока 11 в регистр 12, с него выдаются сигналом U с ключа 16 на выход декодера с частотой , где к - коэффициент сжатия информации. Сигнал U при выдаче кода обнуляет разряды регистра 12. При поступлении в регистр 10 кода с сигналом опознания в 11-м разряде сигнал с этого разряда закрывает U ключи в блоке 11, открывает ключи в блоке 13, закрывает ключ 16, ключи 18, 19 и открывает ключ 17. Код с регистра 10 поступает через открытые ключи блока 13 в вычитающий счетчик 14 импульсов, а поступление кодов в регистр 10 прекращается: накопитель 9 кодов производит накопление кодов, так как в него продолжают поступать коды с регистра 8. На счетный вход вычитающего счетчика 14 импульсов поступают импульсы с управляющего входа 3 /фиг.3/ с частотой  с ключа 17, с которого они поступают сигналом Uна второй управляющий вход регистра 12 и выдают из него код, но при этом не обнуляют разряды регистра 12, поэтому пока идет работа счетчика 14 на вычитание, из регистра 12 выдается один и тот же код: эти коды были изъяты при сжатии потока кодов в кодере. С выхода регистра 12 идет восстановленный на 100% поток 8-разрядных кодов с частотой дискретизации . С окончанием вычитания в вычитающем счетчике 14 в дешифратор 15 поступает код из нулей, который дешифрируется, с выхода дешифратора 15 сигнал синхронно закрывает ключи в блоке 13, закрывает ключ 17, открывает ключи в блоке 11 и ключи 16, 18, 19. С накопителя 9 кодов опять выдаются коды в регистр 10, с него через ключи блока 11 - в регистр 12 и с него сигналом U - на выход. С приходом следующего кода числа равных кодов в регистр 10 процесс повторяется. Восстановленный поток кодов - на фиг.2, диаграмма IV. Пропускная способность декодера задается временем срабатывания 10,5 нс вычитающего счетчика 14 /микросхема 100ИЕ137 [2, с.428]/ плюс время срабатывания 6 нс дешифратора 15 /микросхема 100ИД161 [2, c.433]/ и составляет до 50 Мбайт/с. Декодер включается в состав аппаратуры, в которую включен и заявляемый кодер, или отдельно в видеопроигрыватели на входе и в ПК и ноутбуки, на которых информация записывалась с использованием предлагаемого здесь кодера.
Работа устройства
выд
выд1
выд2
Для сжатия цифровых данных коды с АЦП в параллельном виде поступают в кодер /фиг.1/ на первый-восьмой разряды регистра 1, первые входы схемы 2 сравнения и на входы блока 6 элементов задержек. При следовании кодов, неравных по величине, они через открытые ключи блока 5 проходят на регистрацию в блок 7 регистрации. При следовании в потоке кодов, равных по величине, первый код этой последовательности через открытые ключи блока 5 проходит в блок 7 регистрации, а начиная со второго кода, равные коды подсчитываются счетчиком 3 импульсов, в котором формируется двоичный код числа кодов, равных по величине, и который вместо изъятых кодов регистрируется вслед за первым кодом в блоке 7 регистрации. При появлении в потоке кода, отличного по величине, процесс повторяется. Поток кодов, поступающий на вход блока 7 регистрации, на фиг.2 диаграмма II, поток кодов в блоке 7 на диаграмме III и является сжатым потоком цифровых данных. Для восстановления сжатого потока кодов коды с соответствующего носителя, на который они были переписаны, в последовательном виде поступают на информационный вход регистра 8 декодера /фиг.3/, где принимают параллельный вид и поступают в накопитель 9 кодов, с которого выдаются сигналами U с ключа 18 и поступают в третий регистр 10, с которого выдаются сигналами с ключа 19 в параллельном виде на входы блоков 11, 13 ключей. В исходном состоянии ключи блока 11 открыты, поэтому код через открытые ключи блока 11 поступает во второй регистр 12 на первый-восьмой разряды, а с него выдается сигналом U с ключа 16 на воспроизведение, а регистр 12 обнуляется. При наличии сигнала в одиннадцатом разряде кода код с регистра 8 выдается в накопитель 9 кодов, с него в третий регистр 10, с 11-го разряда которого импульс закрывает ключи в блоке 11 и открывает ключи в блоке 13, он же закрывает ключи 19, 18, 16 и открывает ключ 17. Из накопителя 9 кодов коды не выдаются, он ведет накопление поступающих в него кодов, а код с регистра 10 поступает через открытые ключи блока 13 в вычитающий счетчик 14, на счетный вход которого с ключа 17 поступают импульсы, по которым вычитающий счетчик ведет вычитание, параллельно импульсы с ключа 17 поступают сигналами U на второй управляющий вход регистра 12 и выдают из его первого-восьмого разрядов один и тот же код, не обнуляя разряды регистра 12. Выдача кода идет столько раз, пока вычитающий счетчик 14 не закончит вычитание и не обнулится. С окончанием процесса вычитания дешифратор 15 выдает сигнал, который закрывает ключи в блоке 13, открывает ключи в блоке 11, закрывает ключ 17 и открывает ключи 16, 18, 19. Далее процессы повторяются. Восстановленный поток кодов - на фиг.2, диаграмма IV. Заявляемое устройство выполняет сжатие видео, звуковой и измерительной информации и может использоваться в составе ПК, ноутбука при записи цифровой информации на жесткие диски, на диски DVD, в видеопроигрывателях и в цифровой аппаратуре при выполнении круглосуточных измерений.
Использованные источники
1. Патент РФ №2270528 С1, кл. H04N 1/417, Бюл. №5 от 20.02.06, прототип.
2. Цифровые интегральные микросхемы, справочник. Минск, 1991, с.156, 272, 279, 428, 433.
3. В.И.Мураховский. Устройство компьютера. М., 2003, с.326, 328.
4. Гук М.Ю. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. СПб.: Питер, 2006, с.519, 522.
5. Журнал: Персональный компьютер сегодня /PC MAGAZINE/, №11, /209/ ноябрь 2008, с.13, третья колонка внизу, с.69.