Устройство для определения свертки дискретных функций

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рц 741264(51)М. Кл. С 06 Р 7/38 с присоединением заявки йо Государственный комитет. СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Институт электродинамики АН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВЕРТКИ ДИСКРЕТНЫХ ФУНКЦИ ЙИзобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам обработки сигналов информации в реальном масштабе времени и может быть использовано для фильтрации сигналов, распознавания стилизованных образов и т,п.Известно устройство для получения свертки сигналов содержащее пьезоэлектрический элемент, пару входных преобразователей и выходной преобразователь 1) .Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее модели ветвей, каждая из которых моделирует дугу графа временным интервалом,генератор импульсов и блок формирования топологии, выход элемента ИЛИ которого соединен с первыми входами первого и через инвертор второго элементов И, второй вход последнего соединен с первым выходом генератора импульсов, первый вход формирователя временного интервала каждой модели ветви соединен с выходом второго элемента И блока Формирования топологии, а выход формирователя временного интервала подключен к первому входу первого триггера, выход второго триггера соединен с первым входом элемента И (2).Недостатком этого устройстваявляется низкая точность и быстро 5 действие,Цель изобретения - повышениеточности и быстродействия выполнения операции свертки.Поставленная цель достигается10 тем, что в устройство, содержащеегенератор импульсов, первый и второйвыходы которого подключены соответственно к первому и второму входублока формирования топологии, группа15 входов которого соединена с выходами.моделей ветвей, первый вход каждойиз которых подключен к первому выходу блока формирования топологии,введены модели узлов и счетчик,2 О вход которого соединен с первым выходом блока формирования топологии,третий вход которого соединен стретьим выходом генератора импульсов,второй и третий выходы блока Форми 25 рования топологии подключены соответственно к первым и вторым входаммоделей узлов, третий вход каждойиз которых соединен с выходом соответствующей моделей ветви, второй30 .вход каждой модели ветви подключенк выходу соответствующей модели узла, группа входов каждой модели узла подключена к выходам счетчика, кроме того модель ветви содержит элементы И, триггеры, задатчик частоты и счетчик импульсов, вход которого через задатчик частоты соединен ,с выходом первого элемента И, первый вход которого является первым входом модели, а второй вход первого элемента И соединен с первым выхолом первого триггера, вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, вход второго триггера является вторым входом модели ветви, второй выход первого и выход второго триггеров подключены соответственно к первому и второму входам второго элемента И, выход которого является выходом модели ветви, а также модель узла содержит распределители, элемент ИЛИ и сумматор, входы которого являются группой входов модели, первым и вторым входом которой являются соответственно первый и второй входы распределителей,выходы которых являются выходами моделей и соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к соответствующему входу сумматора, кроме того, блок Формирования топологии содержит элементы И, НЕ и элемент ИЛИ, входы которого являются грУппой входов блока, выход элемента ИЛИ через элемент НЕ соединен с первым входом первого элемента И и непосредственно подключен к первым входам второго и третьего элементов И, вторые входы первого второго и третьего элементов И являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока Формирования топологииОперацию свертки двух дискретных Функций можно представить как сумму попарных произведений где Г. - дискрет функции свертки;- дискрет функции 1(Х-ь);- дискрет функции д (Х,;)На чертеже представлена схема устройства.Схема устройства содержит модель ветви 1, блок 2 Формирования топологии, модель узла 3, генератор 4 импульсов, счетчик 5, имеющий поразрядные параллельные выходы.Каждая модель ветви 1, число которых равно квадрату точек дискретизации Функции свертки, состоит из Формирователя б временного интервала, триггеров 7, 8 и элемента 9 И; Формирователь б временного интервала включает счетчик 10 импульсов, задатчики 11 частоты и элемент 12, бО б 5 рый может быть выполнен как сумматорнакапливающего типа, имеющий синхронизирующий и суммирующие параллельныепоразрядные входы, и с емкостью, достаточной для хранения величины одного дискрета функции свертки Р Задатчик 11 частоты представляетсобой элемент, в котором опорнаячастота, подаваемая на вход, делитсяна частоты кратные 1,2(п),п,На вход элемента пропускается толькоодна частота, которая обратно пропорциональна задаваемой величине.Модель ветви 1 предназначена дляФормирования временного интервала,величина которого пропорциональнапроизведению дискретов двух функций1(Х- ) и д(Х ) Если предварительно занести в счетчик 10 импульсовчисло импульсов, дополняющее величину дискрета (х.-;, до полнойемкости счетчика, а в задатчик 11частоты установить частоту, обратно пропорциональную значению дискрета функции Д(Х) то же приподаче серии импульсов на вход 13(при наличии разрешения с нулевого20 выхода триггера 7), модель ветвисформирует временной интервал Ткпропорциональный произведению дискретов двух функций у(х) и (х 1-25к о кгде- период следования опорных импульсов;- опорная частота генераоЗОтора импульсов;п - величина пропорциональкная дискрету функциит (х - ь) (задаваемая числом импульсов в счетчике3510);Ек - величина обратно пропорциональная дискрету Функции р(х (задаваемаячастотой в задатчике 11),Каждая модель ветви 1 соединяется40 через полюс 14 со входом моделиузла 3 таким образом, что если имеется и моделей узлов 3, то моделейветвей должно быть п и каждаямодель узла соединена с п моделями4 ветвей (т.е. в каждый узел входити ветвей), Кроме того, выход каждоймодели ветви соединен со входом блока 2 формирования топологии.Блок 2 формирования топологии,в состав которого входят элементы1.5, 1 б, 17 И Ълементы 18 ИЛИ иэлемент 19 НЕ, предназначен для разделения серий импульсов, поступающихиз генератора 4 импульсов на входымоделей ветвей и узлов,Модель узла 3, число которыхравно числу точек дискретизации функции свертки, состоит из ячеекуправляемого распределителя 20 -20,элемента 21 ИЛИ и сумматора 22, кото 741264Каждая ячейка управляемого распределителя состоит из триггеров 23, 24и элементов 25-28 И,Каждая модель узла 3 предназначена для последовательного накопленияв сумматоре 22 величин попарныхпроизведений двух дискретных функций(Х-Г) и д (х) формируемых вмоделях ветвей, связанных с данноймоделью узла, а в конце вычислениядля хранения в сумматоре 22 величины, пропорциональной дискрету функции свертки Р.Управляемый распределитель, состоящий из идентичных ячеек 20, число которых равно числу моделей ветвей, соединенных с моделями узлов,предназначен для организации последовательного опроса моделей ветвей1, которые сформировали свой временной ин ервал, при вычислении дискрета функции свертки Р20Рассмотрим работу устройства наконкретном примере;Пусть необходимо найти функциюсвертки Г(х) = Г(х в )й) д(х) прих х х 2 р хэ25Решение задачи заключается в получении трех значений Р(х),Г(Х ) цХ),Р(Х,) =1(Х-т)д(х)Г(Х-г) Р(Х )+1(Х,-С)дИХ );ЗОех) = 1(х-с)Д(х,)ф 1(х-т)Я(х)1(х сф(хь),Е(хь) = Б(Х -С).Д(Х)СЕ (Х С) Я (Х) (Хъ )Я(Мъ)35Для решения этой задачи устройство содержит девять моделей ветвей и три модели узла. После занесения исходной информации на выходе элемента 18 ИЛИ, разделяющего выходы 40 моделей ветвей 1, будет низкий потенциал. Это объясняется тем, что ни одна модель ветви не сформировала свой временной интервал.С появлением пускового сигнала 45 генератор импульсов вырабатывает на своих выходах импульсы ГИ 1, ГИ 2 и ГИ 3, сдвинутые относительно друг друга. Эти импульсы соответственно через полюса 29, 30 и 31 поступают на вход блока.2 формирования топологии. Так как на выходе элемента 18 ИЛИ действует низкий потенциал,то он запрещает прохождение импульсов серии ГИ 2 и ГИ 3 через элементы 15, 17 И и,инвертируясь на элементе 19 НЕ, дает разрешение пройти импульсам серии ГИ 1 через элемент 16 И на выход блока 2 формирования топологии - полюс 13. Серия импульсов ГИ 1, являясь опорной частотой, поступает на входы всей моделей ветвей 1.Так как триггеры 7 и 8 предварительно установлены в нулевое состоя ние, формирователи б всех моделейветвей 1 начинают отсчитывать свой 65 временной интервал. Серия импульсов ГИ 1 с полюса 13 поступает также на вход счетчика 5 общего интервала, который считает число опорных импульсов.Блок 9 формирования топологии разрешает поступление на полюс 13 импульсов ГИ 1 до тех пор, пока хотя бы одна модель ветви 1 не сформирует свой временной интервал, величина которого пропорциональна произведению двух дискретов Г(х-) и д(х). Когда это произойдет, формирователь 6 выдает сигнал переполнения, который устанавливает триггер 7 в единич ное состояние и на выходе модели ветви появится высокий потенциал, Сигнал переполнения поступает через полюс 14 на вход блока 2 формирования топологии, проходит через элемент 18 ИЛИ, запрещает поступление импульсов ГИ 1 на полюс 13 и разрешает прохождению импульсов ГИ 2 и ГИ 3 через элементы 15 и 17 И на полюсы 32 и 33 соответственно. С этих полюсов серии ГИ 2 поступают на вход 34 первого управляемого распределителя 20, а импульсы серии ГИ 3 поступают на входы 33 всех распределителей 20. Распределитель 20 организует последовательный опрос моделей ветвей 1, которые сформировали свой временной интервал. Это происходит следующим образом. Предварительно триггеры 23 иустановлены в нулевое состояние. При сигнале формирования временного интервала из элемента 9 И через полюсы 14 на входы 25 И подаются разрешающие сигналы, которые пройдя их у:тановят в единичное состояние триггеры 23. На нулевых выходах триггеров 23,соединенных со входами элементов 26 И, появляются запрещенные потенциалы, а на единичных выходах, соединенных со входами элементов 27 И, разрешающие потенциалы. Импульс ГИ 2, поступающий на полюс 34, пройдя элемент 27 И, через полюс 36 установит триггер 8 соответствующей модели ветви 1 и триггер 24 в единичном состоянии (если триггер 23 находился в единичном состоянии), снимая тем самым разрешающий потенциал со входа элемента 25 И и подавая разрешающий потенциал на элемент 28 И.Импульс ГИ 2 с полюса 36 поступает также через элемент 21 ИЛИ на синхронизирующий вход сумматора 22. По этому сигналу происходит сложение содержимого сумматора с параллельным кодом величины временного интервала, накопленного счетчика 5, который соединен параллельно со всеми сумматорами 22 (полюс 37), т.е, в сумматоре 22 каждой модели узла будет накапливаться величина, пропорциональная дискрету функции свертки 5Затем импульс серии ГИ 3, сдвинутый относительно импульса ГИ 2, с полюса 33 и через элемент 28 И, устанавливает триггер 23 в нулевое состояние, разрешая прохождение следующего импульса ГИ 2 со входа распределителя 20 на его выход через элемент 26 И.Импульсы с полюса 35 первого распределителя 20 будут передаваться от ячейки к ячейке, пропуская те ячейки, на вход элементов 25 И которых не были поданы разрешающие потенциалы из моделей ветвей, Это соОтветствует прибавлению к содержимому сумматора 22 величин временных интервалов моделей ветвей, которые окончились в данный момент.Когда нсе триггеры 8 моделей ветвей 1, сформировавших свой временной интервал, будут установлены в единичное состояние, т.е, на полюсах 14 не будет ни одного разрешающего потенциала, то блок 2 запретит серии импульсов ГИ 2 и ГИ 3 и разрешит поступление импульсов ГИ 1 в модели ветвейПроцесс вычислений будет продолжаться до тех пор, пока все модели ветвей не закончат свою работу Когда процесс вычислений окончится, то н каждом сумматоре 22 будет хранитьея величина Р, пропорциональная сумме всех временных интервалов, сформированных моделями ветвей,соединенных с данной моделью узла дис-.крет функции свертки).Применение всех блоков устройства, дискретных по принципу действия, позволяет производить вычисление операции свертки быстрее и точнее по сравнению с известными устройствами, Результаты вычислений можно использовать без сложных преобразователей аналоговых сигналов в коды. Кроме того, это дает возможность автоматизировать процесс сбора информации и передачи ее в ЦВМ.Формула изобретения1. Устройство для определениясвертки дискретных функций, содержащее генератор импульсов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входу блока формирования топологии, группа входов которого соединена с выходами моделей ветвей, первый вход каждой из которой подключен к пеовому выходу блока формирования топологии, о т л и ч а.ю щ е е с ятем, что с целью повышения точности,в устройство введены модели узлови счетчик, вход которого соединенс первым "ыходом блока формирования5 топологии, третий .вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, второй и третий выходы блокаформирования топологии подключенысоответственно к первым и вторым вхо 1 О дам моделей узлов, третий вход каждойиз которых соединен с выходом соответствующей модели ветви, второй нход каждой модели ветви подключен к выходусоответствующей модели узла, группавходов каждой модели узла подключенак выходам счетчика.2, Устройство по п.1 о т л и- .ч а ю щ е е с я тем, что модельветви содержит элементы И, триггеры.задатчик частоты и счетчик импульсов, нход которого через задатчикчастоты соединен с выходом первогоэлемента И, первый вход которогоявляется первым входом модели, авторой вход первого элемента И соединен с первым выходом первого триггера, вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, вход второго триггера являетсявходом моделиветви, второй ныход первого и выЗО ход второго триггеров подключены.соответственно к первому и второмувходам второго элемента И,выход которого является выходом модели ветви.3Устройство цо п.1 о т л и 35 ч а ю щ е е с я тем, что модельсодержит распределители, элементИЛИ, сумматор, входы которого являются группой входов модели, первыми вторым входом которой являются40 соответственно первый и второй входы распределителей, выходы которыхявляются выходами модели и соединеныс входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к соответствующемувходу сумматора.4. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок формиров.ания топологии содержит элементы И, НЕ и элемент ИЛИ, входы которого являются группой входов блока,выход элементЭ ИЛИ через элемент НЕсоединен с первым входом первогоэлемента И и непосредственно подключен к первым вхбдам второго итретьего элементов И, вторые входыпервого, второго и третьего элементов И являются соответственно первым,вторым и третьим входами блока формирования топологии.Источники, информации,о принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3931509,кл. С 06 С 7/19, 1976.2, Авторское свидетельство СССРМ .422002, кл, С 06 6 7/48, 197265 (прототип)7412 б 4 Составитель И, Эагорбинина Техред Н,Ковалева Корректор И.Ыуск тор О. Колеснико 3326/7 . с иал ППП Патент Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 751 ЦНИИПИ Государственног по делам изобретени 3035, Москва, Ж, Рауш еПодписно омитета СССР открытий ая наб , д. 4