KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2
Рассматривается системный подход к анализу PCM-DM- систем на примере импульсно-кодовой модуляции, дельта- модуляции, полномерно-разностного кодирования. Проведён анализ PCM-DM-систем на примере системного подхода в сфере цифровой связи и телеизмерений. Эти системы основаны на представлении непрерывн...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Системні дослідження та інформаційні технології |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85092 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2 / А.К. Севастьянов // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2013. — № 3. — С. 7-18. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-85092 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Севастьянов, А.К. 2015-07-19T11:15:20Z 2015-07-19T11:15:20Z 2013 KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2 / А.К. Севастьянов // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2013. — № 3. — С. 7-18. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. 1681–6048 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85092 681.237 Рассматривается системный подход к анализу PCM-DM- систем на примере импульсно-кодовой модуляции, дельта- модуляции, полномерно-разностного кодирования. Проведён анализ PCM-DM-систем на примере системного подхода в сфере цифровой связи и телеизмерений. Эти системы основаны на представлении непрерывных сообщений в виде полномерно-разностных отсчётов и обладают следующими системными принципами: последовательного кодирования; параллелизма; развертки; слежения; многозначности; обнаружения разладки; регенерации; робастности; неопределённости. Рассматриваемые принципы являются методической основой построения процессов (и/или систем) с быстро стареющей информацией (менеджмент процессами, менеджмент временем, менеджмент стоимостью). Правильные системные принципы обладают способностью адаптации к системам любого иерархического уровня и любой предметной области, т.е. такие принципы являются жизнеспособными и универсальными. Розглядається системний підхід до аналізу PCM-DM-систем на прикладі імпульсно-кодової модуляції, дельта-модуляції, повномірно-різницевого кодування. Проведено аналіз PCM-DM-систем на прикладі системного підходу у сфері цифрового зв’язку і телевимірювань. Ці системи засновані на представленні безперервних повідомлень у вигляді повномірно-різницевих відліків і мають наступні системні принципи: послідовного кодування, паралелізму, розгортки, стеження, багатозначності, виявлення розладнання, регенерації, робастності, невизначеності. Ці принципи є методичною основою побудови процесів (і/або систем) зі швидко старіючої інформацією (менеджмент процесами, менеджмент часом, менеджмент вартістю). Правильні системні принципи мають здатність адаптації до систем будь-якого ієрархічного рівня і будь-якої предметної галузі, тобто такі принципи є життєздатними і універсальними. A system approach to the analysis of PCM-DM- systems is considered on the example of pulse code modulation, delta modulation, full-differential coding. PCM analysis is carried out on the example of system approach in the sphere of digital communication and telemetry. These systems are based on submission of continuous messages in the form of full-differential counting and have the following system principles: consecutive coding; overlapping; development; tracking; polysemy; discord detection; regeneration; robustness; uncertainty. The considered principles are a methodical basis of creation processes (and/or systems) with quickly growing old information (management by processes, management by time, management by cost). The correct system principles have the ability of adaptation to systems of any hierarchical level and any subject domain, i.e. such principles are viable and universal. ru Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України Системні дослідження та інформаційні технології Прогресивні інформаційні технології, високопродуктивні комп’ютерні системи KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2 KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системи: порівняльний аналіз. Частина 2 KAIRYO-KAIZEN And PCM-DM-systems: a comparative analysis. Part 2 Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2 |
| spellingShingle |
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2 Севастьянов, А.К. Прогресивні інформаційні технології, високопродуктивні комп’ютерні системи |
| title_short |
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2 |
| title_full |
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2 |
| title_fullStr |
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2 |
| title_full_unstemmed |
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2 |
| title_sort |
kairyo-kaizen- и pcm-dm-системы: сравнительный анализ. часть 2 |
| author |
Севастьянов, А.К. |
| author_facet |
Севастьянов, А.К. |
| topic |
Прогресивні інформаційні технології, високопродуктивні комп’ютерні системи |
| topic_facet |
Прогресивні інформаційні технології, високопродуктивні комп’ютерні системи |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Системні дослідження та інформаційні технології |
| publisher |
Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системи: порівняльний аналіз. Частина 2 KAIRYO-KAIZEN And PCM-DM-systems: a comparative analysis. Part 2 |
| description |
Рассматривается системный подход к анализу PCM-DM- систем на примере импульсно-кодовой модуляции, дельта- модуляции, полномерно-разностного кодирования. Проведён анализ PCM-DM-систем на примере системного подхода в сфере цифровой связи и телеизмерений. Эти системы основаны на представлении непрерывных сообщений в виде полномерно-разностных отсчётов и обладают следующими системными принципами: последовательного кодирования; параллелизма; развертки; слежения; многозначности; обнаружения разладки; регенерации; робастности; неопределённости. Рассматриваемые принципы являются методической основой построения процессов (и/или систем) с быстро стареющей информацией (менеджмент процессами, менеджмент временем, менеджмент стоимостью). Правильные системные принципы обладают способностью адаптации к системам любого иерархического уровня и любой предметной области, т.е. такие принципы являются жизнеспособными и универсальными.
Розглядається системний підхід до аналізу PCM-DM-систем на прикладі імпульсно-кодової модуляції, дельта-модуляції, повномірно-різницевого кодування. Проведено аналіз PCM-DM-систем на прикладі системного підходу у сфері цифрового зв’язку і телевимірювань. Ці системи засновані на представленні безперервних повідомлень у вигляді повномірно-різницевих відліків і мають наступні системні принципи: послідовного кодування, паралелізму, розгортки, стеження, багатозначності, виявлення розладнання, регенерації, робастності, невизначеності. Ці принципи є методичною основою побудови процесів (і/або систем) зі швидко старіючої інформацією (менеджмент процесами, менеджмент часом, менеджмент вартістю). Правильні системні принципи мають здатність адаптації до систем будь-якого ієрархічного рівня і будь-якої предметної галузі, тобто такі принципи є життєздатними і універсальними.
A system approach to the analysis of PCM-DM- systems is considered on the example of pulse code modulation, delta modulation, full-differential coding. PCM analysis is carried out on the example of system approach in the sphere of digital communication and telemetry. These systems are based on submission of continuous messages in the form of full-differential counting and have the following system principles: consecutive coding; overlapping; development; tracking; polysemy; discord detection; regeneration; robustness; uncertainty. The considered principles are a methodical basis of creation processes (and/or systems) with quickly growing old information (management by processes, management by time, management by cost). The correct system principles have the ability of adaptation to systems of any hierarchical level and any subject domain, i.e. such principles are viable and universal.
|
| issn |
1681–6048 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85092 |
| citation_txt |
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2 / А.К. Севастьянов // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2013. — № 3. — С. 7-18. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT sevastʹânovak kairyokaizenipcmdmsistemysravnitelʹnyianalizčastʹ2 AT sevastʹânovak kairyokaizenipcmdmsistemiporívnâlʹniianalízčastina2 AT sevastʹânovak kairyokaizenandpcmdmsystemsacomparativeanalysispart2 |
| first_indexed |
2025-11-26T02:45:07Z |
| last_indexed |
2025-11-26T02:45:07Z |
| _version_ |
1850609201226711040 |
| fulltext |
© А.К. Севастьянов, 2013
Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 3 7
TIДC
ПРОГРЕСИВНІ ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ,
ВИСОКОПРОДУКТИВНІ КОМП’ЮТЕРНІ
СИСТЕМИ
УДК 681.237
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-СИСТЕМЫ:
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ. ЧАСТЬ 2
А.К. СЕВАСТЬЯНОВ
Рассматривается системный подход к анализу PCM-DM- систем на примере
импульсно-кодовой модуляции, дельта- модуляции, полномерно-разностного
кодирования. Проведён анализ PCM-DM-систем на примере системного под-
хода в сфере цифровой связи и телеизмерений. Эти системы основаны на
представлении непрерывных сообщений в виде полномерно-разностных от-
счётов и обладают следующими системными принципами: последовательного
кодирования; параллелизма; развертки; слежения; многозначности; обнаруже-
ния разладки; регенерации; робастности; неопределённости. Рассматриваемые
принципы являются методической основой построения процессов (и/или сис-
тем) с быстро стареющей информацией (менеджмент процессами, менедж-
мент временем, менеджмент стоимостью). Правильные системные принципы
обладают способностью адаптации к системам любого иерархического уровня
и любой предметной области, т.е. такие принципы являются жизнеспособными
и универсальными.
PCM-DM–системы основаны на параллельном применении «полномерных»
и «разностных» отсчетов. Совместное параллельное применение разных
форм представления информации об одном и том же процессе позволяет
своевременно обнаруживать ошибки и осуществлять их коррекцию, что
обеспечивает конкурентные преимущества системы.
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ PCM-DM-СИСТЕМ
PCM-СИСТЕМЫ (Импульсно-кодовая модуляция). PCM-системы —
системы на основе импульсно-кодовой модуляции, являющиеся основой
развития современных информационных и телекоммуникационных техно-
логий. Они основаны на представлении непрерывных сообщений в виде
полномерных отсчетов [1, 2].
DM-СИСТЕМЫ (Дельта-модуляция). DM-системы — системы на
основе дельта-модуляции, имеют более узкую направленность и их приме-
нение является оптимальным в задачах передачи квазистационарных сооб-
щений в пределах ограниченного динамического диапазона. Эти системы ос-
нованы на представлении непрерывных сообщений в виде приращений [3–4].
PCM-DM-СИСТЕМЫ (Полномерно-разностное кодирование).
PCM-DM-системы — это новый класс комбинированных систем, который
стал возможен при условии применения инструментов структурной и инфор-
мационной избыточности [5–15]. Эти системы позволяют достигать прин-
А.К. Севастьянов
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 3 8
ципиально нового системного эффекта по сравнению со своими аналогами.
Эти системы основаны на представлении непрерывных сообщений в виде
полномерно-разностных отсчетов и обладают следующими системными
принципами [16]: последовательного кодирования, параллелизма, развертки,
слежения, многозначности, обнаружения разладки, регенерации, робастнос-
ти, неопределенности.
На примере системы дискретной передачи и приема непрерывных сиг-
налов рассматривается задача связанная с быстропротекающими процесса-
ми, где время реакции процесса (или системы) играет первостепенную роль
в решении функциональной задачи. Все эти вопросы должны рассматри-
ваться во взаимосвязи с качеством и стоимостью. Таким образом, мы имеем
треугольник: качество (помехоустойчивость), сроки (время), стоимость
(деньги). При этом под качеством в данном примере понимается способ-
ность системы функционировать в условиях мешающих факторов (помех
в канале связи), т.е. достигать меньших потерь при прочих равных условиях.
Рассматриваемые принципы являются методической основой построения
процессов (и/или систем) с быстро стареющей информацией (менеджмент
процессами, менеджмент временем, менеджмент стоимостью).
Для представления хода развития работ по исследованию разностных
методов кодирования и передачи непрерывных сообщений приведем неко-
торые источники, указав при этом приоритет автора. Первые публикации,
в которых исследовалась возможность применения разностного кодирова-
ния для передачи по каналам связи, относятся к 60–70 годам XX ст. [17–20].
Первое техническое решение, где рассматривалась коррекция ошибок при
дельта-модуляции, было предложено Р.Т. Сафаровым и В.В. Гладченко [21],
а совместное применение полномерных и разностных отсчетов — В.Б. Реу-
товым и А.К. Севастьяновым [12–13]. В [14] автором впервые был предло-
жен принципиально новый (дельта-число-импульсный) метод совместного
применения полномерных и разностных отсчетов в системах связи, а в [15] —
его модернизация. Значительный вклад в исследование помехоустойчивости
разностных методов внесли работы [17–30].
Качественное кодирование аналоговых сообщений (телеизмерение,
речь, изображение) в цифровых сетях связи требует решения проблем коди-
рования для источника и канала. Традиционно эти задачи решались раздель-
но. Стремление уменьшить задержку (запаздывание) в канале связи, обеспе-
чить сжатие и помехоустойчивость при передаче информации делает
актуальной решение проблемы совместного кодирования для источника
и канала. Подобная постановка проблемы ставилась еще Л.М. Финком [26].
По каналу с шумом передаются измеренные значения некоторой функции
времени. Получатель должен знать, какие значения принимает функция
в каждый момент без задержки. Если передавать сигналы без помехоустой-
чивого кодирования, то задержка будет очень мала, и экстраполируя приня-
тый сигнал, получатель смог бы хорошо оценивать нужные ему значения
функции, если бы не помехи, вносящие заметные ошибки. Для защиты от
этих ошибок можно ввести помехоустойчивое кодирование, но тогда задерж-
ка сигнала значительно увеличится, экстраполировать придется на больший
интервал времени, и появятся ошибки экстраполяции. Требуется найти оп-
тимальный метод кодирования, минимизирующий суммарную ошибку от
помех и экстраполяции. Решение, конечно, должно зависеть от характерис-
тик канала и корреляционной функции передаваемого сообщения. Оно внесло
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2
Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 3 9
бы серьезный вклад в построение раздела теории связи, посвященного пере-
даче стареющей информации [26]. Таким образом, сформулирована поста-
новка задачи совместного кодирования для источника и канала.
В данной работе формулируются подходы, на которых основано совме-
стное кодирование для источника и канала, то есть передающая и приемная
части синтезируются с учетом особенностей сигнала источника )(tX и по-
мех в канале связи )(tY при критерии минимальной задержки в тракте пе-
редачи Tmin и умеренной сложности аппаратных средств. Будем считать,
что после кодирования источника традиционным способом сообщение об-
ладает статистической избыточностью и определяется объемом сообщения
.исхQ При кодировании источника специальными методами достигается
сжатие, в результате чего имеем 1исхсж QQQ −= , где 1Q — объем избыточ-
ной информации, устраняемой из сообщения. При кодировании для канала
осуществляется целенаправленное введение избыточности 2сжкс QQQ += ,
где 2Q — объем сообщения, направленный на обеспечение требуемой по-
мехоустойчивости. При критерии минимальной задержки в тракте передачи
min T такая постановка задачи значительно усложняется. Совместное реше-
ние задачи устранения избыточности и использования избыточности для
повышения качества передачи представляет сущность проблемы совместно-
го кодирования для источника и канала. Подход по использованию остаточ-
ной избыточности для проектирования совместного кодера источник-канал
рассматривается в [5–11, 14, 15].
В настоящее время известно большое многообразие способов преобра-
зования аналогового сигнала в цифровой. Степень их пригодности опреде-
ляется конкретными условиями эксплуатации и назначением системы. Все
способы основаны на использовании одного из видов модуляции: импульс-
но-кодовой модуляции (PCM) [1], дельта-модуляции (DM) [3, 4] и диффе-
ренциальной импульсно-кодовой модуляции (DPCM) [29]. Кроме того, спо-
собы различаются видом обработки аналогового сигнала перед аналого-
цифровой модуляцией и видом последующей обработки первичного сигна-
ла. Методы сжатия принято разделять на два принципиально различимых
класса: на основе избыточности (PCM, DM, DPCM) и на основе кодирова-
ния с преобразованием, а также методы, основанные на комбинации обоих
классов. Однако в любом случае при передаче информации в традиционных
методах представление сигнала осуществляется либо в полномерной, либо
в разностной форме. Известна также классификация адаптивных методов
представления, в основе которой лежат однопараметрическая и многопара-
метрическая адаптации (ДОНТ-системы) [23, 27]. Согласно классификации
методов кодирования непрерывных сигналов, выделяют: полномерные
(PCM, 1937 г.), разностные (DM, DPCM — 1946 г., 1952 г.) и полномерно-
разностные (PCM-DM, PCM-DPCM — 1973 г., 1980 г., 1989 г.) методы. От-
личительная особенность данной классификации заключается в том, что
автором впервые в особую группу выделены полномерно-разностные ме-
тоды [5–15].
Выполненные обобщения и систематизация методов позволяют прово-
дить формальный синтез новых структурных решений. Повышение качества
функционирования устройств (или систем) совместного кодирования для
А.К. Севастьянов
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 3 10
источника и канала при заданной элементной базе достигается методами
структурной и информационной избыточности. Множество структурных
решений реализации методов данного класса может быть задано матрицей
ijZ , где ni ,1= — показатель структурной избыточности (например, число
параллельно включаемых аналого-цифровых преобразователей), а mj ,1= —
показатель информационной избыточности (например, число типов маркер-
ных сигналов). В [10] приводится краткое описание инновационных струк-
турных решений, полученных на основе формального синтеза.
В данной работе PCM-DM-системы рассматриваются как инновация
в области связи. В [6–9] предлагаются принципы построения оригинальных
технических решений по организации систем дискретной передачи и приема
непрерывных сигналов в реальном времени и в условиях интенсивных вне-
шних мешающих факторов (помех в канале связи). Методы основаны на
использовании преимуществ импульсно-кодовой модуляции (PCM) и дель-
та-модуляции (DM). Отличительная особенность технических решений за-
ключается в снижении последствий от ошибок накоплений, присущих раз-
ностным методам. Данные технические решения позволяют обнаруживать
ошибки, а также осуществлять их коррекцию. Методы обладают робастны-
ми и криптографическими свойствами и могут найти применение в высоко-
качественных системах телеизмерения, передачи речи и изображений и т.п.
Новизна технических решений защищена патентами.
PCM-DM-системы основаны (рис. 1) на совместном использовании
преимуществ импульсно-кодовой модуляции (PCM — 1938 г.) и дельта-
модуляции (DM — 1946 г.). Отличительная особенность новых технических
решений (РСМ-DМ — 1973, 1980, 1989 гг.) [12–15] заключается в снижении
последствий от накопления ошибок, присущих разностным методам. Дан-
ные технические решения позволяют обнаруживать ошибки, а также осуще-
ствлять их коррекцию.
Рис. 1. Процесс образования PCM-DM-системы
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2
Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 3 11
РСМ-DМ-системы основаны на следующих принципах [16, 6–9]
(рис. 2): 1) последовательного кодирования; 2) параллелизма; 3) развертки;
4) слежения; 5) многозначности; 6) обнаружения разладки; 7) регенерации;
8) робастности и 9) неопределенности. РСМ-DМ-системы ориентированы
для передачи быстро стареющей информации (телеметрия, передача речи
и изображений), а их принципы построения могут найти применение в дру-
гих приложениях.
Дискретная передача и прием непрерывного сигнала на основе дельта-
модуляции с периодическим сбросом дельта-модулятора была предложена
в 1971 г. [21], а полномерно-разностное кодирование в 1973 г. при разработ-
ке устройства для магнитной записи и воспроизведения измерительной ин-
формации [12, 13]. Однако предложенная форма представления информации
не обеспечивала необходимой динамической точности и надёжностных ха-
рактеристик. В данных технических решениях опорная координата кв11 λυ =
передается поразрядно в промежутках между выборками iυ ),,3,2( vi K= .
Это представление было названо инкрементно-ординатным, так как в струк-
туре передаваемой информации наряду с приращениями передается полное
значение кода ординаты, то есть опорная выборка. Такое представление не-
прерывного сообщения, хотя и обеспечивает коррекцию ошибок накопле-
ния, требует значительных затрат аппаратных средств и вносит большую
избыточность и задержку кода коррекции. Таким образом этот вид пред-
ставления снижает динамические свойства дельта-представления. Прин-
ципиально новый полномерно-разностный метод дискретной передачи
и приема непрерывных сообщений и структура устройства для его реализа-
ции были предложены в 1980 году [14]. Дальнейшие исследования были
связаны с развитием именно этого метода кодирования [5–11, 15]. Базовый
полномерно-разностный (комбинированный, дельта-число-импульсный)
метод совместного кодирования для источника и канала основан на исполь-
зовании положительных свойств разностного и число-импульсного по-
следовательных кодов, их объединении и формировании дельта-число-
импульсного последовательного кода, включающего как полномерные, так
и разностные отсчеты. Этот код формируется путем организации параллель-
ной работы преобразователей (процессов) развертывающего и следящего
уравновешивания и выдачи в канал связи приращений, а в момент сравне-
ния сигнала развертки с сигналом источника вместо очередного приращения
выдачи в канал связи маркерного сигнала с селектирующим признаком, от-
личным от того, который принят для передачи приращений. Число прира-
щений между маркерными сигналами пропорционально значению полно-
мерного отсчета, а сами приращения обеспечивают передачу разностных
отсчетов. Прием разностных отсчетов обеспечивает высокую чувствитель-
ность системы, малую задержку при передаче тонкой структуры сигнала, а
достоверный прием полномерного отсчета позволяет обнаруживать и кор-
ректировать возможные перегрузки по крутизне и накоплению ошибок в
канале связи. Совместное кодирование для источника и канала не требует
существенной буферной памяти и обеспечивает работу системы на пре-
деле чувствительности элементной базы с минимальными информацион-
ными потерями.
А.К. Севастьянов
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 3 12
На рис.3 представлена таблица, показывающая особенности примене-
ния PCM и DM.
В качестве примера реализации на рис. 4 приведены эпюры процедур
кодирования, передачи, искажения и восстановления непрерывного сигнала
с помощью известного (а,б,в,г) [21] и предложенного (д,е,ж,з) [14] методов.
Рассматриваемые процедуры приводятся в предположении достоверной пе-
редачи маркерного сигнала ,M который может быть представлен, напри-
мер, амплитудой более высокого уровня, по сравнению с амплитудой сигна-
ла, принятого для передачи приращений.
В известном методе коррекции ошибок накоплений [21], при передаче
периодически и кратковременно через определенные промежутки времени
вместо исходного сигнала на вход дельта-преобразователя подается нулевой
Рис. 2. Принципы построения PCM-DM-систем
Рис. 3. Сравнение PCM и DM
№
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2
Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 3 13
уровень входного сигнала с одновременным закорачиванием выхода цепи
обратной связи дельта-преобразователя, а при приеме синхронно с указан-
ной операцией закорачивается выход интегратора приемника. Синхронный
режим обеспечивается применением системы посимвольной синхронизации
от генератора тактовой частоты на приемной стороне с последующим
делением этой частоты в зависимости от периодичности коррекции. На
рис. 4 (а, б, в ,г) приведены эпюры процедур кодирования, передачи, иска-
жения и восстановления непрерывного сигнала с помощью данного метода.
Из этого рисунка видно, что для выбранной помеховой ситуации характерна
существенная погрешность как от перегрузки по крутизне S1 в момент
формирования полной выборки, так и от накопления ошибок 2S за время
цикла регенерации. Объем информации за время цикла регенерации при
данном методе коррекции определяется выражением: =+= ][][][ 1 vVIVIVI
1−+= nm , где ⎡ ⎤ mMVI == log][ 21 — объем первой выборки, а остальных
выборок 1][ =vVI двоичных символов, .,...,3,2 n=ν
При наличии шума оценка *
квνλ находится по соотношению:
h
i
i кв
2
кв1кв
*** ∑
=
+=
ν
ν αλλ , где hкв — шаг квантования по уровню, а
⎩
⎨
⎧
−
+= .1символющийсоотвествуесли,1
;1символющийсоотвествуесли,1*
iα
Средний объем опорной выборки срm при равномерном законе распре-
деления входного сигнала определяется как
Рис. 4 (а, б, в, г). Эпюры процедур передачи и приема при дельта-модуляции
А.К. Севастьянов
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 3 14
⎥
⎥
⎤
⎢
⎢
⎡
==
кв
шк
ср1 2
][
hmVI λ ,
где λшк — диапазон шкалы квантования.
Использование данного метода не позволяет осуществлять передачу
непрерывного сигнала после сброса интегратора в дельта-преобразователе
до тех пор, пока преобразователь повторно не перейдет в режим слежения.
С целью устранения недостатков, указанных в приведенном методе, пред-
ложен новый метод дискретной передачи непрерывных сигналов [14], кото-
рый основан на совмещении положительных свойств дельта-кода и число-
импульсного кода.
Базовый полномерно-разностный (интегрированный, комбинирован-
ный, дельта-число-импульсный) метод совместного кодирования для источ-
ника и канала основан на использовании положительных свойств разност-
ного и число-импульсного последовательных кодов, их объединении
и формировании дельта-число-импульсного последовательного кода, вклю-
чающего как полномерные, так и разностные отсчеты. Этот код формирует-
ся путем организации параллельной работы процедур развертывающего
и следящего уравновешивания и выдачи в канал связи приращений, а в мо-
мент сравнения сигнала развертки с сигналом источника вместо очередного
приращения выдачи в канал связи маркерного сигнала с селектирующим
признаком, отличным от того, который принят для передачи приращений.
Число приращений (рис. 4 (д, е, ж, з)) между маркерными сигналами про-
порционально значению полномерного отсчета, а сами приращения обеспе-
Рис. 4 (д, е, ж, з). Эпюры процедур передачи и приема при полномерно-разностном
кодировании
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2
Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 3 15
чивают передачу разностных отсчетов. Прием разностных отсчетов обеспе-
чивает высокую чувствительность системы, малую задержку тонкой струк-
туры сигнала, а достоверный прием полномерного отсчета позволяет обна-
руживать и корректировать возможные перегрузки по крутизне и
накоплению ошибок в канале связи. Совместное кодирование для источника
и канала не требует существенной буферной памяти и обеспечивает работу
системы на пределе чувствительности элементной базы с минимальными
информационными потерями.
Эффективность метода можно оценить, например, с помощью коэффи-
циента ,fW равного отношению числа достоверных (полезных) отсчетов
nотсч к общему числу тактовых интервалов nти на интервале представле-
ния [9]. Так, для приведенного примера (рис. 1) при использовании извест-
ного метода коррекции ошибок коэффициент 162,01 =W , а предложенного
545,02 =W , т.е. предлагаемый метод эффективнее известного в 3,34 раза.
Такой результат говорит о том, что новый алгоритм может обеспечить более
высокую эффективность процесса. Подобная ситуация имеет место при раз-
личных бизнес-процессах, которые имеют место не только в системах связи
и автоматизации, но в системах менеджмента.
ВЫВОДЫ
Системные подходы в сфере цифровой связи и телеизмерений постепенно
были перенесены на организационные системы.
KAIRYO-KAIZEN-системы и PCM-DM–системы имеют общие методо-
логические свойства, основанные на синергетическом эффекте. Инновацион-
ные принципы этих систем могут составлять основу будущих международ-
ных стандартов в сфере систем менеджмента и бизнес-процессов.
Дельта-модуляция имеет скрытые резервы по эффективности систем
связи и является оптимальным методом кодирования для квазистационар-
ных сигналов, т.е. сигналов имеющих быстрые изменения в пределах огра-
ниченного динамического диапазона. Именно поэтому с помощью дельта-
модуляции целесообразно кодировать тонкую структуру сигнала.
Особое значение приобретает и малая задержка на восстановление сиг-
нала, которая равна практически одному шагу дискретизации или битовому
интервалу. Имеющиеся принципиальные недостатки дельта-модуляции (при
максимальном сохранении ее положительных свойств) — погрешность от
перегрузки по крутизне и погрешность от накопления ошибок могут быть
сведены к минимуму при применении перспективных интегрированных
(комбинированных) методов кодирования (PCM-DM-методов). Современная
технология в настоящий период позволяет методами структурной и инфор-
мационной избыточности повысить эффективность и качество систем связи.
Устойчивость (робастность) процесса дискретной передачи-приема не-
прерывных сигналов к внешним ошибкам в канале связи позволяет реко-
мендовать данный метод к прикладному применению.
Принципы построения систем связи с быстро стареющей информацией
(менеджмент временем) могут быть перенесены на быстро развивающиеся,
А.К. Севастьянов
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 3 16
ориентированные на бизнес-процессы системы менеджмента качеством
(менеджмент процессами). При этом временные показатели с развитием
этого класса систем будут играть приоритетную роль (менеджмент време-
нем). Поэтому наработки и опыт, полученный при проектировании систем
связи, можно адаптировать к совершенно другим сферам приложений —
сферам менеджмента качеством, менеджмента процессами, менеджмента
временем, менеджмента стоимостью (потерями). Правильные системные
принципы (если это доказано) обладают способностью адаптации к систе-
мам любого иерархического уровня и любой предметной области, т.е. такие
принципы являются жизнеспособными и универсальными (рис. 5 и рис. 6).
ЛИТЕРАТУРА
1. Кэтермоул К.В. Принципы импульсно-кодовой модуляции. — Перевод с англ.
Под ред. В.В.Маркова. — М.: Связь, 1974. — 408 c.
Рис. 6. Эффективность систем разных видов
Техническая и философская концепции
Последовательное чередование «крупных» и
«малых» приращений
Системные принципы
Рис. 5. Сравнение KAIRYO-KAIZEN- и PCM-DM-СИСТЕМ
KAIRYO-KAIZEN- И PCM-DM-системы: сравнительный анализ. Часть 2
Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 3 17
2. Горелов Г.В. Нерегулярная дискретизация сигналов. — М.: Радио и связь,
1982. — 256 c. — (Стат. теория связи. Вып. 17).
3. Венедиктов М.Д., Женевский Ю.П., Марков В.В. Дельт-модуляция. Теория
и применение. — М.: Связь, 1976. — 272 с.
4. Стил Р. Принципы дельта-модуляции. — Пер. с англ. Под ред. В.В. Марко-
ва. — М.: Связь, 1979. — 368 с.
5. Севастьянов А.К. Комбинированный метод цифровой передачи непрерывных
сигналов в информационных системах // Механизация и автоматизация
управления. — 1988. — № 1. — C. 58–60.
6. Севастьянов А.К. Принципы полномерно-разностного совместного кодирова-
ния для источника и канала // Труды Международной конференции —
Спутниковые системы связи и вещания: Перспективы развития в Украине
(UkrSatCom-93). — Одесса, 20–24 сентября 1993. — С. 269–272.
7. Севастьянов А.К. Полноотсчетно-разностные методы совместно кодирования
источника и канала // Средства получения и обработки цифровой информа-
ции: Сборник научных трудов / АН Украины. Ин-т кибернетики имени
В.М. Глушкова, Науч. совет АН Украины по пробл. «Кибернетика». — Ки-
ев, 1993. — C. 58–64.
8. Севастьянов А.К. Принципы полномерно-разностного совместного кодирова-
ния для источника и канала // УСиМ. — 1995. — № 4/5. — С. 56–64.
9. Севастьянов А.К. Инновации: PCM-DM-системы // Бизнес и безопасность. —
2003. — № 3. — С. 38–45.
10. Севастьянов А.К. Дискретная передача и прием непрерывных сигналов на ос-
нове полномерно-разностного кодирования // Труды конференции УкрТе-
леКом-95; 2-я Международная конференция по радиосвязи, звуковому и те-
левизионному вещанию. (19–22 сентября 1995). — Одесса: УНИИРТ. —
C. 414–417.
11. Севастьянов А.К. Полномерно-разностное совместное кодирование для источ-
ника и канала // Третья Международная конференция «Проблемы телеком-
муникаций». Сборник тезисов. — Киев: Национальный технический уни-
верситет Украины «КПИ», Институт телекоммуникационных систем НТУУ
«КПИ». — 2009. — С. 82.
12. А.c.487411, СССР. МКИ G11B 5/00. Реутов В.Б., Севастьянов А.К. Устройство
для магнитной записи и воспроизведения измерительной информации //
Открытия. Изобрет. — 1975. — №37.
13. А.с.801047, СССР. МКИ G11B 5/00. Севастьянов А.К. Устройство для магнит-
ной записи и воспроизведения измерительной информации // Открытия.
Изобрет. — 1981. — № 4.
14. Патент №866735 (Российская Федерация). МКИ 3, H03K 13/22. Севастья-
нов А.К. Устройство для приема и передачи дельта-модулированного сиг-
нала // Открытия. Изобрет. — 1981. — № 35.
15. Патент №993320 (Российская Федерация). МКИ 3, G11B 5/09. Севастья-
нов А.К. Устройство для цифровой магнитной записи-воспроизведения
измерительной информации // Открытия. Изобрет. — 1983. — № 4.
16. Севастьянов А.К. Систематизация принципов для анализа сложных динамиче-
ских систем // Десятая международная научно-техническая конференция:
Системный анализ и информационные технологии. — 20–24 мая 2008. —
Киев: ННК «ІПСА» НТУУ «КПІ». — С. 136.
17. Масс И. Устройство телеконтроля положения с передачей приращений. — В кн.:
Управление и измерение на расстоянии. — М.: Иностр. Литература. —
1959. — 67 c.
А.К. Севастьянов
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 3 18
18. Байковский В.М. Накопление ошибок в телемеханических системах при пере-
даче информации по методу приращений // Автоматика и телемеханика. —
1964. — 25, № 8. — С. 1203–1209.
19. Меньшиков Г.Г. Двоичная аппроксимация: основы теории, применение к во-
просам передачи сообщений. — Л.: ЛЭИС, 1968. — 160 c.
20. Соловьев В.Ф. Рациональное кодирование при передаче сообщений. — М.:
Энергия, 1970. — 64 с. — (Б-ка по автоматике. Вып. 411).
21. А.с.290444 (СССР). Способ коррекции ошибок при дельта-модуляции /
Р.Т. Сафаров, В.В. Гладченко. — 1971. — № 2.
22. Мановцев А.П. Основы теории радиотелеметрии. — М.: Энергия, 1973. —
592 с.
23. Пилипчук Н.И. Помехоустойчивость адаптивного временного дискретизатора
и дельта-модулятора. — М.: РИАН СССР, 1980, 32 с. — (АН СССР. Ра-
диотехнический ин-т; Препринт 804).
24. Трофимов Б.Е., Куликовский О.В. Передача изображений в цифровой форме. —
М.: Связь, 1980. — 120 с.
25. Харатишвили Н.Г. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция в систе-
мах связи. — М.: Радио и связь, 1982. — 135 с.
26. Финк Л.М. Сигналы, помехи, ошибки ... Заметки о некоторых неожиданностях,
парадоксах и заблуждениях в теории связи. — 2-е изд., перераб. и доп. —
М.: Радио и связь, 1984. — 256 c.
27. Пилипчук Н.И., Яковлев В.П. Адаптивная импульсно-кодовая модуляция. — М.:
Радио и связь, 1986. — 296 c. (Стат.теория связи. Вып. 25).
28. Беллами Дж. Цифровая телефония. — Пер. c англ. — М.: Радио и связь, 1986.
— 544 c.
29. Птачек М. Цифровое телевидение. Теория и техника. — Пер. c чешск. Под
ред. Л.С. Виленчика. — М.: Радио и связь, 1990 — 528 с.
30. Takahushi K., Ishu N. Robustness of data compression coding schemes for still pie-
ture over noisy channels // IEEE Inf. Conf. Commun. Intel. Supercomm.:
SUPERCOMM / ICC"90. Vol. 3. — New York, 1990. — P. 1035–1042.
Поступила 07.06.2011
|