Цифровой анализатор спектра уолша речевых сигналов

СЭОЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ 1425 ПУБЛИ 51) 4 НИЯ СР984. ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство ССУ 1126969, кл . С 06 Р 15/332, 1Авторское свидетельство СССРР 1115060, кл,С 06 Г 15/3321983 54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРАОЛША РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ57) Изобретение относится к вычисительной технике, а именно к средтвам отработки речевых сигналов с спользованием преобразования Уолша, может найти применение в системах втоматического распознавания, речи. ель изобретения - повьппение быстодействияПоставленная цель достигается за счет того, что в устройство входят информационный вход, аналого-цифровой преобразователь, блок логической памяти, блок памяти, буферный регистр, блок элементов И, мультиплексор, сумматор-вычитатель, коммутатор, сдвиговый регистр, счетчик итераций, дашифратор итераций, счетчик номеров, счетчик, блок микропрограммного управления.1 з.п. ф-лы, 8 ил.1425710 н етни ек Тираж 704 ВНИИ 11 И Государстве по делам изобре 113035, Москва, Ж, Подписноеомитета СССР 773 4 ака огоений и ти скал на ауц Проектная, 4 олиграфическое предприятие, г,о эводственно Составитель А.БаРедактор Л.Гратилло Техред М,ДидыкИзобретение относится к вычислительной технике, к средствам обработки речевых сигналов с использованием преобразования Уолша, и может найти применение в системах автомати 5ческого распознавания речи.Целью изобретения является повышение быстродействия,На Фиг.1 изображена блок-схемацифрового анализатора спектра Уолшаречевых сигналов; на Фиг.2 - Функциональная схема коммутатора;на фиг.ЗФункциональная схема блока микропрограммного управления; на фиг.4граф вычисления коэффициентов Уолшапо алгоритму быстрого преобразования реализуемый анализатором дляслучая М = 16 (где И - число анализируемых отсчетов на интервале анализа); на Фиг,5 - граф-схема алгоритма управления, реализуемая блокоммикропрограммного управления при вычислении быстрого преобразования Уолша и выводе коэффициентов Уолша из 25анализатора; на Лиг.б - граф-схемаработы блока микропрограммного управления при вычислении энергетических компонент спектра Уолша на(пь 1) -й и (и+2) -й итерациях; нафиг.7 - граф-схема работы блока микропрограммного управления при выводе энергетических компонентов изанализатора на (и+3)-й итерации; наФиг.8 - грай-схема работы блока микропрограммного управления при записи35данных с выхода АЦП в ОЗУ.Цифровой анализатор спектра Уолшаречевых сигналов (йиг,1) содержит инФормационный вход 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, блок 3постоянной памяти, блок 4 оперативнойпамяти, буферный регистр 5, блокдвухвходовых элементов И 6, мультиплексор 7, сумматор-вычитатель 8,коммутатор 9, сдвиговый регистр 10,счетчик 11 итераций, дешифратор 12итераций, счетчик 13 номеров (операндов) счетчик 14, блок 15 микропрограммного управления (БМПУ), информационный выход анализатора 16 вход17 выбора режима, вход запуска анализатора 18. Коммутатор (Фиг.2) содержит цифровой одноразрядный 16-входовой муль-.55 типлексор 19, двухвходовые элементы И 20 и 21,управляющие входы Ц,Ць, выход 8, стробирующий вход С. Блок микропрограммного управления (фиг.З) содержит генератор 22 тактовых импульсов, узел 23 постоянной памяти (ПЗУ) микропрограмм, мультиплексор 24 условий, регистр 25 микрокоманд, регистр 26 адреса возврата, триггер 27 синхронизациигенератор 28 тактовых импульсов.На фиг.4 приняты следующие условные обозначения:х(1) - входные данные; х(1) -1-й результат преобразования на 1-й итерации; ы(д)й коэффициент Уолша от входной последовательности х(д); за 1(Я) - нечет-. ная составляющая; са 1(Б) - четная составляющая коэффициента Уолша з-й частости. Операнды расположены в естественной последовательности по адресам блока оперативной памяти, Сплошными стрелками показан операнд, используемый со знаком плюс, пунктирными - операнд со знаком минус.Цифровой анализатор работает следуюшим образом.Речевой сигнал с информационного входа 1 усиливается и преобразуется в двоичный код АЦП 2 с частотой дискретизации, задаваемой сигналом У 7 с выхода БМПУ 15. Сигнал готовности данных АЦП, проходящий на информационный вход И 1 БПМУ 15 в конце каждого цикла преобразования АЦП, вызывает прерывание микропрограммы обработки или вывода информации и перехода БПМУ 15 на микропрограмму записи данных АЦП в блок памяти, граФ-схема алг оритма ко тор ой из ображена на Фиг, 8. В соответствии с Фиг,8 переход на эту программу инициируется установкой сигнала ГОТ АЦП в "1". Это вызывает установку триггера 27 в "1", запоминание адреса следующей микро- команды в регистре 16 и запись в адресную часть регистра 25 кода 111111- адреса начала микроподпрограммы записи данных АЦП в блок 4 памяти, На следующем такте БМПУ 15 совершает безусловный переход по выполняющемуся условию Э =- 0 (на вход П мультиплексора 24 (Фиг .3) в БПМУ 15 постоянно подан уровень логического 0) на адрес 30, где выдаются сигналы 74, Уб, У 8, Я,28 = О, где 74 строб СНО, устанавливает выход счетчика 13 и вход блока 3 в состояние 1 1, что приводит к выдаче из блока 3 адреса входных данных; У 8 - чтение АПЛ 2 приводит к открыванию вы 3 14257ходного буфера АЦП,передаче цифрового кода речевого отсчета на информационный вход блока 4 памяти и сбросу сигнала ГОТ АЦП в "0" 76 - заФ5пись ОЗУ приводит к запоминанию отсчета АЦП в блоке 4 памяти по адресу, выданному из блока 3; Яз = 0приводит к сбросу триггера 27 в "0".На следующем такте БПМУ 15 совершает безусловный переход на адрес29 (число в нижней части ромба условия) по условию Р, = О, где изБПМУ 15 выдается сигнал У 1, подготавливая новый адрес данных к следующему циклу записи. По следующемутакту БПМУ 15 осуществлят безусловный переход на адрес 28, где выдается сигнал 0 = О, приводящий квыбору регистра 26 в качестве источника адреса следующей микрокоманды. Так как в регистре 26 запомненадрес в момент прерывания микропрограммы обработки, то в следующем такте произойдут возврат к прерванной 25микропрограмме и продолжение ее выполнения.Работа анализатора при выполнениибыстрого преобразования Уолша происходит в соответствии с алгоритмом,изображенным на Фиг,5. Переход наначало микропрограммы происходит приподаче извне на вход 18 блока 15анализатора сигнала "0". При этом вадресную часть регистра 25 записывается адрес 000000, В следующем тактеосуществляется безусловный переходна адрес 1, в котором из БПМУ 15 выдаются сигналы У 9, 712, 713, У 14,т.е. осуществляется начальная установка узлов анализатора,В следующем такте при условии Э=ОБПМУ 15 переходит на адрес 2, в котором из БПМУ 15 выдаются сигналы У 5,110, 719, При этом осуществляетсячтение первого операнда из блока 4памяти в буферный регистр 5 с адреса, задаваемого блоком 3. Сигнал 719разрешает выдачу знака из коммутатора 9 на вход сумматора-вычитателя,В следуюшем такте БПМУ 15 осуществляется переход на адрес 3, где сигналом 715 производится занесение первого операнда из буферного регистра5 через блок элементов И 6 и сумматор-вычитатель 8 в сдвиговый регистр10 со знаком, выдаваемым по 719 изкоммутатора 9 на вход сумматора-вычитателя 8. Кроме того, по окончании 10такта, по сигналу ЧЗ происходит наращивание счетчика 13 номеров на + 1 с целью выдачи на адресный выход блока 3 адреса второго операнда, В данном такте работы БПМУ 15 проверяется выполнение условия Р = 1, Этот сигнал выхода счетчика 13 номеров равен коду 10, что вызывает выдачу из блока 3 адреса результата. Если это условие не выполняется (выход "Нет" ромба условия Р, = 1), то БПМУ 15 выдает сигнал У 2 и возвращается на адрес 2.Так как в счетчике 13 номеров 01 после выдачи сигнала УЗ, то изблока 3 на адресный вход блока 4 поступает адрес второго операнда. В адресе 2 снова производится чтение операнда (уже второго) из блока 4 памяти в буферный регистр 5 сигналами 75 и 710. Второй операнд иэ буФерного регистра 5 через блок элементов И 6 подается на вход сумматора в вычитате 8, на другой вход которого из сдвигового регистра 10 передается первый операнд. Знак операции при этом определяется знаком из коммутатора 9, выдаваемым по 719.В следующем такте результат операции Фиксируется в сдиговом регистре 10 сигналом 715 и наращивается сигналом УЗ счетчик 13 номеров до состояния 1 О. Поэтому при проверке условия Р = 1 на этот раз БПМУ 15 переходит по стрелке "Да" на адрес 4 и производит запись в блок 4 памяти результата операции, выдавая сигналы 717 - выдача информации из сдвигового регистра 10, и 76 - запись в блок 4 памяти. При этом из блока 3 выдается адрес результата.В следующем такте БПМУ 15 переходит на адрес 5, в котором проверяется выполнение условия Э = 1, означающего окончание итераций БПМУ 15 и переход на (и+1)-ю итерацию. Сигнал данного условия поступает с (п+1)-го выхода дешифратора итераций на информационный вход И 2 БПМУ 15. Если это условие не выполняется (и итераций БПУ еще не истекло), то по стрелке "Нет" БПУ производит очередное наращивание адреса блока 3 и счетчика 13 номеров сигналами 12 и УЗ, очищает сдвиговый регистр 12 сигналом 714 и возвращается на адрес 2, Так как счетчик 13 номеров счетчик по модулю 3, то после оче 1425710реднаго наращивания его содержимого ан из состояния 1 О (запись результата) возвращается н состояние 0 0 - выдача адреса первого операнда в новом цикле, Изменение адреса блока 3 приводит к изменению адреса операнда и знака, выдаваемого из коммутатора 9. Таким образом продолжается выполнение второго цикла обработки.Если п итераций истекло и условие В,. = 1 выполняется, то по1стрелке "Да" из пятого адреса БПМУ 15 переходит в седьмой адрес, где проверяется условие Вт = 1. Зто услоние представляет собой сигнал, поступающий извне на вход 17 выбора режима анализатора и информационный вход И 8 БПМУ 15, и означает прадолженйе вычисления энергетического спектра Уолша или начало нывода коэффициентов Уолша.Если на входе 17 анализатора сигнал равен логической "1" и условие Э, = 1 выполняется, то БПМУ 15 па стрелке "Да" переходит на ветку (В) микропрограммы (фиг.б) вычисления энергетического спектра Уолша, Если же на входе 17 - логический ,"О", то БПМУ 15 па стрелке "Нет" производит чтение первого коэффициента Уалша н буферный регистр, выдавая сигналы Л и 710, При этом информация из блока 4 памяти по информационной шине поступает на инфармацианньгй выход 16 анализатора, а сигнал 710 мажет быть использован для стробирования приемкика информации из анализатора.3 следующих двух тактах БПМУ 15 последовательно наращивает дважды сигналам с 2 адрес блока 3, переходя безусловно из адреса 8 н адрес 9 и далее в адрес 110. В адрес 10 БМПУ 15 проверяет условие Р -- 1приходящее с выхода блока 3 на информационный вход И б БПМУ 15. Если указанное условие не выполняется, та БПМУ 15 возвращается на адрес 8 для выдачи из анализатора следующего каэд 4 ициента Уалша. Если же условие Б= 1 выполняется, то это означает, что нсе 2 коэффициентов Уолша уже выданы из анализатора и по стрелке "Да" БПМУ 15 переходит н начало А микропрограммы БПУ. Знергетический спектр Уолша определяется как сумма квадратов четных и нечетных коэФфициентов Уолша 5одной частости. Учитывая, что анализатор реализует алгоритм БПУ с упорядочением по Уолшу (по частости)коэффициентов, вычисление энЕргетического спектра в нем сводится к вычислению суммы квадратан соседнихкоэффициентов Уалша, упорядоченныхпо частасти в ячейках блока 4 памяти.Алгоритм вычисления энергетического спектра н анализаторе (фиг.б) заключается в вычислении квадратов всехи2 коэфФициентов Уолша на (п+1)-йитерации и вычисление суммы содержимого соседних (начиная с первой)ячеек блока 4 памяти на (и+2)-йитерации. Зти ячейки содержат квадраты коэфФициентов Уолша, вычисленныена предыдущей (и+1)-й итерации.Начинается нычисление энергетического спектра с чтения коэффици ента Уолша из нуленага адреса буФера результата. При этом из БПМУ 15выдаются сигналы У 5, 710, а также 712714, БПМУ 15 переходит на адрес 11,в котором 718 разрешается переда О ча анализируемого бита буферного регистра 5 выхода мультиплексора 7 навход И 6, производится занесение частичнога произнедения н СР сигналом715 и в конце такта наращивается 35счетчик на +1 сигналом Ъ 11.БМПУ 15 переходит на адрес 12, вкотором анализируется сигнал переполнения счетчика 14 на входе И 5(условие 04 = 1), т.е, сигнал окончания анализа всех битов операнда иокончания операции квадратирования.При невыполнении указанного условияБПМУ 15 производит сдвиг на одинбит накопленного н сдниговам регистре 10 частного произведения сигналом716 и возвращается в адрес 11 длядальнейшего накопления частичныхпроизведений. При переполнении счечика 14 по условию 04 = 1 асуществляется выход БМПУ 15 из цикла умножения, выдаются сигналы 717 и Уб,осуществляющие запись квадрата коэфФициента Уолша в ту же самую ячейкувместо коэффициента Уолша, а такженаращивается адрес блока 3 сигналам 55БМПУ 15 переходит на адрес 13,из которого па выполнению условия0 = 0 переходит в адрес 14, наращи-, 142571035 вая при этом адрес блока 3 на +1, что приводит к наращиванию адреса выхода блока 3 на +1. По адресу 14 производится анализ условия 0 = 15 сигнала на входе И 3 БМПУ 15, приходящего с (и+2) -го выхода дешиф- . ратора 12, Если указанное условие не наступило, то (и+1)-я итерация не закончена, а БМПУ 15 возвращается на адрес 11 для извлечения из блока 4 памяти и квадратирования следующего коэффициента Уолша. По окончании (и+1)-й итерации (Р =1)Я БМПУ 15 производит чтение первого операнда (квадрата) сигналом У 5, занесение его в буферный регистр 5 сигналом 710, а также очищает сдви - говый регистр 10 сигналом 714., После этого БМПУ 15 переходит20 на адрес 15, в котором заносит операнд из буферного регистра 5 в сдвиговый регистр сигналом 715, наращивает адрес блока 3 на +1 сигналом У 2 и переходит на адрес 16. С адре са 16 БМПУ 15 безусловно переходит на адрес 17, наращиваемый адрес блока 3 еще раз сигналом 12. Это приводит к изменению адреса операнда на +1. В адрес 17 БМПУ 15 произво- З 0 дит чтение второго операнда (Квадрата) из соседней ячейки и занесение его в буферный регистр 5 сигналами У 5, 710 и переходит в адрес 18, откуда безусловно переходит в адрес 19, производя занесение суммы квадратов в сдвиговый регистр 10 сигналом 715. На адресе 19 БМПУ 15 производит запись сигналами Уб, 717 суммы квадратов соседних коэффициентов Уолша (энергетическую компоненту спектра Уолша) из сдвигового регистра 10 в четную ячейку блока 4 памяти, из которой извлекался второй операнд. В следующих двух адресах 20 и 21 БМПУ 15 очищает сдвиговый регистр 10 сигналом 714 и дважды наращивает адрес блока 3, подготавливая в нем адрес следующего операнда. При этом БМПУ 15 перехо 50 дит на адрес 22, где проверяется наличие на входе И 4 БМПУ 15 сигнала с (и+3)-го выхода дешифратора 12 (условие Р = 1). Если данное условие не выполняется, то БИПУ 15 воз вращается на адрес 15 продолжать управление вычислением энергетических компонент спектраЕсли при очередной проверке условие Р выполняется, это означает, что вычисление энергетических компонент сйектра Уолша закончено и БМПУ 15 по стрелке "Да" переходит на начало С микропрограммы вывода энергетических компонент спектра Уолша (фиг,7).Управление выводом энергетических компонент спектра Уолша начинается с чтения нулевого адреса буфера результата с помощью сигнала У 5 и занесения его в буферный регистр 5 .сигналом 710, который может быть использован для стробирования внешнего приемника информации иэ анализатора.ДалееБМПУ 15 производит четырехкратное наращивание адреса блока 3 сигналом У 2, переходя последовательно в адреса 24-27Это приводит к наращиванию на два адреса операнда, В адресе 27 производится анализ сигнала на входе И 4 БМПУ 15 с (и+3)- го выхода дешифратора 12 (условие О, = 0 ). Если это условие не выполняется, то это приводит к возврату БМПУ 15 на адрес 23 и повторению чтения буфера результата с адреса А, , (где А;- адрес третьего буФера на предыдущем цикле чтения) с помощью. сигнала У 5 и занесению его в буферный регистр 5 сигналом 710. Далее повторяется четырехкратное наращивание адреса блока 3 сигналом У 2 в адресах 24-27.При выполнении условия Б = 0на очереднсм цикле БМПУ 15 по стрелке "Да" переходит в начало (точка А граф-, схемы на фиг.5), после чего начинается новый цикл вычисления спектра для новых данных, накопленных на втором буфере.Формула изобретения1. Цифровой анализатор спектра Уолша речевых сигналов, содержащий блок постоянной памяти, блок памяти, буферный регистр, счетчик итераций, сдвиговый регистр, блок элементов И и аналого-циФровой преобразователь, информационный вход которого является информационным входом анализатора, первый выход блока постоянной па. мяти подключен к адресному входу бло- ка памяти, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введенысумматор-вычитатель, счетчик номеров, дешифратор итераций, счетчик, мультиплек 9 142571сор, блок микропрограммного управления и коммутатор, выход которогоподключен к управляющему входусумматора-вычитателя, выход которо -5го подключен к информационному входу сдвигавого регистра, выход которого соединен с информацчонным выходам аьвлага-цифравага преобразователяи пбдключен к входу первого операн Ода сумматора-вычитателя, информационным входам блока памяти и буферного регистра, выход которого подключен к первому входу блока злементов И и первому информационному 15входу мультиплексора, выход которого подклочен к второму входу блскаэлементов И, выход которого подключен к входу второго операнда сумматора-вычитателя, выход блока памяти 2 Оподключен к информационному входубуферного регистра и является информационным выходом анализатора,информационный выход счетчика итерацийподклочен к входу дешифратара ите Браций, выход которого подключен кпервому адресному входу блока постоянной памяти, второй выход которогоподключен к информационьому входукоммутатора, выход переноса счетчика итераций подключен к второмуадресному входу блока постояннойпамяти, третий адресный вход которого подключен к информационному выходу счетчика номеров, выход счетчи 35ка падклочен к второму информационному входу мультиплексора, выводыблока микропрограммного управленияс первого по двенадцатый подключенысоответственно к четвертому и пятому адресным входам блока постояннойпамяти, счетному входу и входу разрешения выдачи счетчика номеров,входам управления чтением и записьюблока памяти входу запуска преабраР45эавания и входу чтения аналаго-цифравога преобразователя, входу обнуления и тактовому входу буферногорегистра, счетному входу и входуобнуления счетчика, тринадцатьгй вы 5 Схад блока микрогрограммного угравления подключен к входу обнулениясчетчика итераций и счетчика номеров и шестому адресному входу блокапастояннои памяти выходы блока микропрограммного управления с четырнадцатага па девятнадцатый пацелюченысоответственна к входу обнуления,входу разрешения записи. тактовому Овходу и входу разрешения чтениясдвигового регистра, управляющим входам мультиплексора и коммутатора, выход окончания преобразования аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу условий блокамикропрограммного управления, второй,третий и четвертый входы условий катарога подключены соответственно квторому, третьему и четвертому выходам дешифратора итераций, выход переноса счетчика подключен к пятомувходу условий блока микропрограммногоуправления, шестой вход условий которого соединен с счетным входом счетчика итераций и подключен к третьемувыходу блока постоянной памяти, выход переноса счетчика номеров подключен к седьмому входу условий блока микропрограммного управления,восьмой вход условий и вход запуска которого являются соответственно входам выбора режима и входом запускаанализатора,2. Лнализатор по п 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок микропрограммного управления содержитмультиплексор, триггер, первый и второй регистры, первый и второй генераторы тактовых импульсов и узелпостоянной памяти, первый выход которого подключен к информационномувходу первого регистра и первомуинформационному входу второго регистра, входы разрешения считываниякоторых подключны к второму выходуузла постоянной памяти, третий и чет-,вертый выходы которого подключенысоответственно к второму информационному входу второго регистра и управляющему входу мультиплексора, выход которого подключен к входам младших разрядов первого и второго регистров, пятый выход узла постоянной памяти подключен к установочномувходу триггера, выход которого соединен с входом разрешения чтения узлапостоянной памяти и тактовым входомпервого регистра, выход которого соединен с первым выходом второго регистра и подключен к адресному входуузла постоянной памяти, выход первого генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу второго регистра и тактовому входу триггера,информационный вход которого являетсяпервым информационным входом блока,входами условий с второго по восьмой11142 которого являются информационные входы соответственно с первого по седьмой мультиплексора, выходы второго регистра с второго по седьмой являются выходами соответственно с первого по шестой блока, седьмым выходом которого является выход второго ге 71 О12нератора тактовых импульсов, выходывторого регистра с восьмого по девятнадцатый являются выходами соответственно с восьмого по девятнадцатый 5блока, входом запуска которого является установочный вход второго регистра.