3,6 Інформаційна надлишковість в івс: оцінки, причини та методи скорочення. Методи адаптивної часової дискретизації.

Інф.надлишковість

Поняття інформ. надлишковості пов’язане з інформаційними та точнісними характеристиками ІВС( швидкість прийняття інф., швидкість передачі інф., пропускна здатність), відношення сигнал/завада, відмінність законів розподілів досліджуваних процесів, явищ, досліджуваних величин від рівномірного закону, який забезпечує максимально можливу апріорну ентропію; наявність статистичного зв’язку між миттєвими значеннями досліджуваних процесів, тобто між результатами дослідження різних дослідів, наявність кореляційного зв’язку між можливими значеннями результатів в 1-му досліді.

Інформаційна надлишковість в ІВС може обумовлюватися наступними причинами:

1. Невиправдано частим вимірюванням повільно-змінюючихся параметрів;

2. Надто близьким розміщенням датчиків при вимірюванні поля якої-небудь фізичної величини;

3. Неоптимальним кодуванням сигналу, особливо в телевимірювальних системах.

4. невідповідність з-нів розподілу фіз величин, що визнач властивості ОД рівномірному

5. наявність автокореляційного та взаємокорел звязку

Наявність інф.надлишковості призводить до не завжди виправданої кількості вимірювань за визначений час, не оптимального кодування сигналів в результаті дослідження як при передачі даних, так і при обробці.

Кількісно інф.надлишковість оцінюється наступними величинами:

1)коефіцієнт інф.надлишковості

де - коефіцієнт стиснення, H(x)- max реальна інф-ція, що можна отримати.

k_н[0-1].

2) коефіцієнт надлишковості по кількості вимірювань.

Кількість вимірювань досліджуваного процесу(n) за час вимірювання Т_в за реальної продуктивності джерела R_x дає інформацію I(x), n’- забезпечує I_max(x), n^’>n, тоді n^’-n – число зайвих вимірювань.

3) коефіцієнт стиснення =1- k_н.

< 1 – коефіцієнт стиснення за кількістю вхідної інформації, який фактично визначає, наскільки ентропія реальних значень вимірюваної величини на вході ІВС відрізняється від ентропії оптимальних.

Методи скорочення інформац надлишковості при дискретизації в часі

1.1. Зменшення інформаційної надлишковості на різних етапах функціонування ІВС.

* на етапі оброблення даних, що є результатом вимірювання з використанням рівномірного кроку дискретизації та визначення ненадлишкових відліків.

* на етапі відтворення досліджуваного процесу, явища, закону зміни фізичної величини.

* на етапі вимірювання, тобто формування вимірювальної інформації з використанням методів нерівномірної дискретизації (адаптивної), що дозволяє налаштовуватися системі на динаміку процесу

- метод кратних інтервалів

- метод некратних інтервалів

* з використанням адаптивних комутаторів

1.2 Методи адаптивної дискретизації при апроксимації степеневими поліномами (екстраполяційними та інтерполяційними). За цього методу збитковість зменшується у ВК.

1.3 Зменшення інформац надлишковості за межами ВК за рівномірної дискретизації.

Алгоритми інтерполяц більш ефективніші, ніж екстраполяц (за коефіц стиснення), оскільки при інтерполяції використов-ся більше відомостей про процес.

Адаптивна дискретизація в часі - один із підходів до зменшення потоків (стиснення) вимірювальної інформації з можливістю її повного або майже повного відтворення (поновлення). Методи адаптивної дискретизації в часі неперервних процесів дозволяють зменшити інформаційну надлишковість ІВС шляхом оптимізації (мінімізації) числа дискретних значень (відліків неперервної функції) або число її виборок n, необхідних для відтворення x (t).

Отже, про стиснення вимірювальної інформації ми говоримо тоді, коли процес x (t) на відрізку [0, T_в] представлений із заданою похибкою набором дискретних значень {x (t_j), j = 1, n′}, може бути відтворений із тією ж похибкою, але з іншим набором відліків {x (t_j), j = 0, n′} і причому n < n′.

Основним параметром пристрою, що здійснює операцію стиснення, є коефіцієнт стиснення

μ_с = n/n′ - коефіцієнт стиснення

або

К_с = 1 - μ_с =

Фактично, μ_с = μ – коефіцієнт стиснення за кількістю вимірювань, а

К_с = К_x – коефіцієнт надлишковості за кількістю вимірювань.

• Розглянемо один канал ІВС у вигляді, показаному на рисунку.

ВК – вимірювальний канал;

БО – блок обробки;

ПР (БР) – блок реєстрації.

В такій системі можна змешувати надлишковість на різних етапах.

Наприклад, вимірюють і реєструють дані з використанням методів рівномірної дискретизації, а потім використовують тільки ту кількість дискрет, яка необхідна для відтворення досліджуваного процесу із заданою необхідною похибкою. Структурна схема такої системи на рисунку 1, а.

1, а

ПС – пристрій стиснення.

В такій системі БО і ПР (пристрій реєстрації) оперують із великою кількістю зайвих даних, є доволі складними, час обробки великий, необхідна мати блоки пам’яті значної ємності. В подальшому дискретні значення x (t_j), що вибираються для відтворення x (t) будемо називати ненадлишковими.

Надлишковість інформації можна зменшити і на етапі обробки. В цьому випадку також використовують рівномірну дискретизацію в часі на етапі вимірювання (тобто весь потік вимірювальної інформації проходить через ВК), обробляються і передаються далі тільки необхідні для відтворення з заданою похибкою дані (відлікові значення). На визначення того, які дані є необхідними, впливають і інші фактори (рисунок 1, б).

1, б

Змешувати надлишковість в ІВС можна і на попередньому етапі, тобто на етапі вимірювання, використовуючи нерівномірний крок дискретизації, налаштовуючи його на різну динаміку досліджуваного процесу (рисунок 1, в).

1, в

І насамкінець, зменшити інформаційну надлишковість ІВС можна, якщо на вхід ВК подавати сигнал від досліджуваного об’єкта не постійно, а тільки тоді, коли різниця між миттєвим значенням x (t_j) і апроксимуючої функції x_відт (t_j) перевищує допустиму величину (похибку). В цьому випадку функції пристрою стиснення інформації виконує так званий адаптивний комутатор (АК) (рисунок 2).

Як правило, останній підхід до зменшення інформаційної надлишковості реалізують в багатоточкових (комутаторних, паралельно-послідовної дії) структурах ІВС.