Устройство для определения дисперсии коэффициентов хаара

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ КОЭФФИЦИЕНТОВ ХААРЛ по авт.св. 942042, отличающееся тем,что, с целью повышения . быстродействия определения дисперсии коэффициеитов Хаара, быход второго регистра блока регистров j-ro столбца ( 1,2,...,т)-и строки ( i 1,2,...,m) матрицы блоков регистров подключен к входу третьего регистра блока регистров ( j+l)-ro столбца и i -и строки и второму входу первого регистра блока регистров (j-H)-ro столбца ( 1+1)-й строки, второй вход четвертого регистра блока регистров j -го столбца i-й строки, кроме первой , матрицы блоков регистров соедииен с входом первого регистра блока регистров ( j +1)-го столбца .ir-й строки , кроме первой, и в первой строке матри1ды блоков регистров выход четвертого регистра блока регистров j-ro столбца подключен к входу первого регистра блока регистров ( j +1)-го столбца матрицы блоков регистров.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(50 6 06 F 15 36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0MV СВИД :ТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 942042 (21) 3526826/18-24 (22) 22.12.82 (46) 30.03.84. Вюл. М 12 (72) В.К.Ковнацкий (53) 681.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 942042, кл. С 06 F 15/36, 1980. (54) (57) УСТРОЯСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ДИСПЕРСИИ КОЭФФИЦИЕНТОВ ХААРА по авт.св. 9 942042, о т л и ч а ю щ ее с я тем,что,,с целью повышения быстродействия определения дисперсии коэффициентов Хаара, выход второго регистра блока регистров j-го столбца (=1.2 ° ы )-й стройн (1 =

„.БО„,МЫ2Шi A

1,2,...,m) матрицы блоков регистров подключен к входу третьего регистра блока регистров (1+1)-го столбца и . ) -й строки и второму входу первого регистра блока регистров (+1) -го столбца ((+1)-й строки, второй вход четвертого регистра блока регистров

1 -го столбца i-й строки, кроме первой, матрицы блоков регистров соединен с входом первого регистра блока регистров () +1)-ro столбца 1-.й строки, кроме первой, и в первой строке матрицы блоков регистров выход четвертого регистра блока регистров

)-го столбца подключен к входу первого регистра блока регистров(j +l )-ro столбца матрицы блоков регистров.. Я

1083201

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в системах автоматики для определения основных статистических харак. теристик коэффициентов разложения стационарного случайного поля двух переменных в базисе функций Хаара.

По основному авт.св. Ю 942042 известно устройство для определения дисперсии коэффициентов Хаара, содержащее .(n-1) (n=3,4,5,...m+1) суммато- 10 ров, дополнительный вычитатель и матрицу из n(n-1) /2 блоков регистров, каждый из которых соедержит по четыре последовательно соединенных регистра сдвига, каждая i-я строка 15 матрицы (i=1,2,3,...,m) содержит (n-1) блоков регистров, каждый j-й столбец матрицы (j=3,...,m) содержит блоков регистров, при этом выход элемента, И через последовательно соединенные усреднитель и блок запоминания подключен к входу вероятностного дисперсиометра, выход которого соединен с информационными входами первых регистров каждой строки, информационные выходы блока регистров

j-го столбца i- и строки, за исключением последнего блока регистров,под-ключены к соответствующим информационным входам блока регистров (j+l)-го столбца i-й строки, первый и второй информационные выходы последнего блока регистров каждой строки соединены с первым и вторым входами соответствующего сумматора, выход которого подключен к первому 35 входу соответствующего вычитателя, второй и третий входы которого соединены с третьим и четвертым .информационными выходами блока регистров соответствующей строки, 40 пятые информационные выходы (и-1)го и (и-2)-ro блоков регистров первой сгроки подключены к первому и .второму входам дополнительного вычитателя, пятый информационный 45 выход блока регистров (i+1)-й строки j-го столбца соединен с пятым информационным входом блока регистров А-й строки, шестой информационный выход (n 1)--.го блока регистров первой строки подключен к шестому информационному входу (и-2)-Fo блока регистров первой строки, управляющие входы блоков регистров соединены с соответствующими выходами блока управления, выходы вычитателей и до- 55 полнительного вычитателя являются выходами устройства.

Блок управления содержит генератор тактовых импульсов, делитель частоты, счетчик импульсов матрицы и К иден- 60 тйчных каналов, каждый из которых состоит из счетчика импульсов строк, счетчика-импульсов .столбцов и блока элементов И, при этом первый выход генератора тактовых импульсов через делитель частоты подключен к счетчику импульсов матрицы, выходы которого являются соответствующими выходами блока, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с входами счетчика импульсов строк и счетчика импульсов столбцов, выходы которых подключены к первому и второму входам блока элементов И соответствующего канала, выходы блока элементов

И объединены и являются первым выI ходом блока управления.

Устройство предназначено для определения дисперсии коэффициентов разложения стационарного случайного поля двух переменных в базисе функций Хаара по дискретным значениям паля в узлах прямоугольной сетки, наложенной на некоторую область (11.

Однако известное устройство обладает малым быстродействием из-за того, что повторяется вычисление одних и тех же,величин.

Цель изобретения — повышение . быстродействия определения дисперсий коэффициентов Хаара.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения дисперсии коэффициентов Хаара выход второго регистра блока регистров j-го столбца (j=l,2,...,m)-й строки (1=

l 2,...,m) матрицы блоков регистров соединен с входом третьего регистра блока регистров (j+1)-ro столбца и

i-й строки и вторым входом первого регистра блока регистров (j+1)-ro столбца (i+1) -й строки, второй вход четвертого регистра блока регистров

j-ro столбца i-й строки, кроме первой, матрицы блоков регистров соединен с входом первого регистра блока регистров (j+1)-го столбца i-й строки, кроме первой, и в первой строке матрицы .блоков регистров выход четвертого регистра блока регистров

j-ro столбца соединен с входом первого регисгра блока регистров (j+1)— го столбца матрицы блоков регистров.

На фиг. 1 показана блок-.схема предлагаемого устройства;на фиг. 2— структура блока управления; на фиг.Зматрица, поясняющая принцип работы устройства.

Устройство для определения диспер-. сии содержит блок 1 регистров, сум

-маторы 2, вычитатели 3, отдельный вычитатель 4, вероятностный дисперсиометр 5, блок 6 запоминания, усреднитель 7, элемент И 8 и блок 9 управления, состоящий из генератора: 10 тактовых импульсов (ГТИ), делителя

11 частоты, счетчика 12 импульсов матрицы, счетчика 13 импульсов строк, блока 14 элементов И и счетчика 15 импульсов столбцов.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в статике.

1083201 а (Саа)=g(N;N); а(а, ) 2 . Ян;а ) Vм,ф

О С =2 М2"

N2;.(Ч 2

m =1,2,. ° °, m,. ° m =1,2... д, 1 13йа3(Устройство для определения дисперсии выполнено в виде матрицы, которая содержит n(n-1)/2 блоков 1 регистров, (на фиг. 1 рассмотрен случай, когда

n=4J. Каждый блок 1 регистров содержит по четыре соединенных между собой 5 регистра сдвига. В каждой i-го строке матрица содержит (n-1) последовательно соединенных между собой четырьмя связями блоков 1 регистров. В каждом столбце содержится по j блоков 1 10 регистров, связанных между собой.

Первые, четыре входа каждого блока 1 регистров матрицы регистров соединены с выходами блока 9 управления, а один из выходов первого, самого в . j5 верхнего регистра сдвига (n-1) столбца первой строки и один иэ входов четвертого регистра (и-2) столбца первой строки матрицы блока. регистров соединены между собой.

Выход второго регистра блока регистров первого и второго столбцов первой и второй строки матрицы блоков регистров соединен с входом третьего регистра блока регистров второго и третьего столбцов первой и второй строки и вторым входом первого регистра блока регистров второго и третьего столбцов второй и третьей строк, второй вход четвертого регистра блока регистров второго столбца и второй строки соединен с входом первого регистра блока регистров третьего столбца второй строки матрицы блоков регистров, а выход четвертого регистра блока регистров 35 первого и второго столбцов первой строки соединен с входом первой строки. матрицы блоков регистров.

Выход вероятностного дисперсиометра 5 соединен с вторыми входами 4р одного из блоков 1 регистров каждого столбца матрицы блоков 1 регистров, а вход — с блоком 6. Выход усреднителя 7 соединен с блоком 6, а его вход — с элементом И 8. Один вход 45 элемента .И 8. соединен с блоком 9 управления, а второй вход является входом устройства. Входы (н-1) пар сумматоров 2 с вычитателями 3 соединены между собой и с соответствующими выходами блоков 1 регистров последнего столбца матрицы блоков 1 ре- ° гистров. Входы отдельного вычитателя

4 соединены с выходами четвертых регистров сдвига блоков 1 регистров первой строки (n-1) и (n-2) столбцов.

Выходами предлагаемого устройства являются выходы вычитателей Э, отдельного вычитателя 4 и выход первого регистра сдвига третьего блока 1 регистров первой строки последнего столбца.

Блок 9 управления содержит генератор 10 тактовых импульсов, делитель 11 частоты; счетчик 12 импуль сов матрицы и К идентичных каналов, 65 каждый иэ которых состоит иэ счетчика 13 импульсов строк, счетчика

15 импульсов столбцов и группы эле" ментов И 14, при этом первый выход генератора тактовых импульсов через делитель частоты подключен к счетчику импульсов матрицы, выходы которого являются соответствующими выходами блока, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с входами счетчика импульсов строк и счетчика импульсов столбцов, выходы которых подключены к первому и второму входам группы элементов И соответ- ствующего канала, выходы группы элементов И объединены и являются riepвым выходом блока управления °

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем.

Для вычисления дисперсии коэффициентов разложения по системе Хаара весь квадрат (область наблюдения)

0 01U (T покрывают прямоугольной сеткой с шагом ь =Т/M по одной оси

1 и с шагом Т2 — — Т/N по другой оси, где

М и N — соответственно число узлов по одной и другой оси, (M N) - общее число узлов сетки, M2>1reyx,N=2 2 х.

Принимают M=N=2 х, тогда п=к +1.

Если m Ä=3,то n=4Оцейка первого коэффициента раз- ложения Хаара является среднеарифметическим значением всех (M N) отсчетов в узлах сетки:

М-1

С"= . Е .ЕХ(, Р". 5). (I

W "<12

В результате 5 -кратного вычисления средних арифметических значений .отсчетов в области задания 0<0.0 4Т получают набор случайных чисеЛ

C Ô (С у С у Csf ° ° ° у C2) а

Далее по ним рассчитывают дисперсию согласно алгоритму: б 2

n(cl=(a- l Х (С,-м(с g) щ дисперсию коэффициента Со, можно рассматривать как функционал от чис. ла тоЧек фиксации (M,N): ба(Саа)=Ю(м;а . (в!! Зааам ааут дасперааааа(ааа) $2(pe< ) 6 (С ) по следующим алгоритмам:

1 Ф,Ф /

- а(м " pj s < (6)

me@

1083201

На фиг. 2 приведены девять различ- ных дисперсий коэффициентов Хаара для случая п1 „ „= п1 в„= m =3. Для

+px рассматриваемого случая принимают

N=M=2 "=8. Соответственно п=тп ; -1 4юах г tw 5

Для определения дисперсии произвольного коэффициента разложения стационарного случайного поля по системе функций Хаара необходимо сначала вычислить средние арифметические значе-10 ния отсчетов на соответствующих двоичных прямоугольниках квадрата ГО,Т;

О,Т J,а затем их дисперсии.H,íàêîíåö, формулам (4), (5) и (б) определяют цисперсии коэффициентов Хаара.

На Фиг. 3 представлена матрица А, 15 элементами которой являются двоичные прямоугольные квадраты а (К,m) Ê=

1,...3,m=1...,3, в которых рассчитываются средние арифметические значения отсчетов стационарного случайно- 20

ro поля и соответствующие им дисперсии, а по ним согласно формулам (4), (5) и (6) дисперсии коэффициентов

Хаара представлены на фиг. 2.

НапримеР, для формирования диспер 25 сий i (Ñ"," ), (С ) и в. (С„ ") необходим мо сначала сформулировать дисперсии средних арифметических значений отсчетов случайного поля

ctl(N,ìj v(N и/2), М(м, Nlrfi И v(Alв N/Ýj (l p 30 соответственно в двоичных прямоуголь ных квадратах а Г1,11, а (4,13, а

4i23 и а (,4в3 3 (фиг. 3). Затем по дисперсиям (7) по алгоритму (5) рассчитывают дисперсии коэффициентов

6 (c „" =в(в(а,в(в}-в{ми!), 6 (ввв)=2 «Ч(м,N(

Рассмотирим работу предлагаемого устройства на примере вычисления дисперсии коэффициентов Хаара для случая45

m -â2-3.

Отсчеты Функции Й(Б„в U2) непрерывно поступают на элемент И 8. По команде из блока 9 управления нужные .отсчеты функции соответствующие двоичным прямоугольным .квадратам, начиная с а(1,13 (фиг. 3), поступают через элемент И 8 на усреднитель 7, где определяется среднее арифметическое значение отсчетов стационарнотЪ случайного поля. Далее это,среднее арифметическое значение подается на запоминающий блок б, где запоминается Х таких значений, а затем поступает на вероятностный дисперсиометр

5, на котором определяются дисперсии iy(М,N) по алгоритму (2) . Число, соответствующее дисперсии V(N,N), одновременно подается на все столбцы блоков 1 регистров, но по команде из блока управления записывается в 65 четвертом (самом. нижнем) регистре сдвига блока 1 регистров первой строки и первого столбца матрицы блока регистров. Аналогичным образом формируется дисперсия среднего значения отсчетов функции g(М/2, N/2), соответствующая дноичному прямоугольному квадрату а(2,13, и подается на четвертый регистр сдвига блока 1 регистров первой строки и первого столбца матрицы блока регистров. При этом по команде из блока 9 управления число из четвертого регистра сдвига переписывается в третий регистр сдвига блока 1 регистров. Таким образом, путем последовательного выталкивания из последующего регистра сдвига в предыдущий, начиная с четвертого, в блоке 1 регистров первой строки и первого столбца записываются онер»ху вниз дисперсии чв(М,N), (М/2в

N/2) и в в(М/2, N), соответствующие двоичным прямоугольным квадратам а (1,1), à t2g1), а(.3,13 и à t4tl3.

Аналогичным образом формируются дисперсии средних значений, соответствующие прямоугольникам второго и третьего столбца матрицы A (фиг. 3).

Значения этих дисперсий записываются соответственно s блоки 1 регистров второго и третьего столбца блоков

1 регистров предлагаемого устройства (фиг.4) .

Из фиг. 3 видно, что элементы а К,m 3 матрицы A повторяются, В устройстве для определения дисперсии вычисляются разнообразные элемен ты а (.К,m) только по одному разу.Получение нужного элемента происходит за счет пересылки имеющегося элемен- та в те места, где он повторяется.

Например, вычисляют элемент а Е2,11 и записывают.во второй регистр перного столбца и первой строки матрицы блоков регистров (К=2,m=1) (фиг.3) .

Аналогичные элементы должны содержаться в третьем регистре второго столбца первой строки матрицы блока регистров и в первом регистре второго столбца и второй строки блока регистров.

За счет введенных связей между регистрами матрицы блока регистров (Фиг.4) осуществляется перенос имею-, щегося числа s те регистры, в которых также должно содержаться это число»

Перенос чисел s соответствующие регистры осуществляется после того, как закончится заполнение всех регистров элементами а(К,m 3 без повторений. Какие элементы получаются без повторений, а какие и куда переносятся — все это изображено на фиг. 3. Таким образом, сокращается время на повторный расчет многих элементов и быстродействие вычисле.

1O832Oi ния дисперсий коэффициентов Хаара возрастает примерно в 2 раза при

n=4, Например, в известном устройстве для случая n=4 необходимо затратить время на вычисление 2 (n2-n)=24 элементов а(К,m ). В предлагаемом же устройстве число вычисляемых элементов равно 16. С увеличением и разница в вычислениях элементов возрастает. Соответственно быстродействие предлагаемого устройства повышается 10 с увеличением числа определенных дисперсий коэффициентов Хаара. Упрощается также блок 9 управления за счет уменьшения числа идентичных каналов, каждый из которых состоит из счетчика 13 импульсов строк, счетчика 15 импульсов столбцов и блока 14 элементов И. Для случая

n= 4 число каналов сокращается с 24 до 16. После этого по алгоритмам 2ц (4), (5) и (б) вычисляются дисперсии коэффициентов Хаара.

По команде из блока 9 управления числа из всех регистров последнего столбца блока 1 регистров подаются попарно на сумматоры 2, вычитатели

3 и отдельный вычитатель 4.

На выходе сумматора 2 третьей (самой нижней) пары сумматора с вычитателем вычисляется сумма диспер- (М М М Н сий М(— — )+ 4Р(— — ) и подает.

4 4 8 8 ся йа вычитатель 3 этой пары, на котором вычисляется дисперсия коэффициента Хаара:

< (с1,1-2 (—;,—," ).4 Ь, 8 )- (—; —,")- ((— (в

Множитель 2 учитывается путем сдвига числа в регистре сдвига вычитателя 3 на четыре разряда вправо.

Аналогичным образом на выходе вычитателей 3 второй и первой пары сумматоров с вычитателями вычисля- 4> ются дисперсии коэффициентов Хаара соответственно с (С" 1 ) и с С„ з .

На отдельном вычйтателе 4 вычисляется дисперсия коэффициента Хаара

, (C > по алгоритму (5) и дисперсиям 50 . Ч (М3/4) и (N,N j8), содержащимся в четвертых регистрах сдвига блоков

1 регистров первой строки второго и третьего столбцов матрицы регистров.

Таким образом, одновременно вычис-у ляются дисперсии коэффициентов Хаара четвертого стобца матрицы дисперсий (фиг.2)

Ъ Я(со ) сг(с11) g<(t;<, ), ф(сто) 60

Далее по команде из блока 9 уп.равления одновременно все числа, переносятся из блоков 1 регистров второ- 6g го столбца матрицы регистров в третий, а из первого во второй столбец.

На отдельном вычитателе 4 и вычитателях 3 первой и второй ..ары сумматоров с вычитатеяями формируются дисперсии коэффициентов Хаара, соответствующие третьему столбцу матрицы дисперсий (фиг.2), По команде из блока управления одновременно все числа из блоков 1 регистров второго столбца переносятся в третий. Одновременно с этим числом из первого регистра сдвига блока 1 регистров сдвига первой строки третьего столбца подается на четвертый регистр сдвига блока 1 регистров сдвига первой строки второго столбца. На отдельном вычитателе 4 и вычитателе 3 первой пары сумматора с вычитателем вычисляются соответственно дисперсии коэффициен-. тов Хаара второго столбца матрицы (фиг. 2)

Значение дисперсии Г (Ñ о ) снима- о,о

l ется с первого регистра сдвига блока

1 регистров сдвига первой строки третьего столбца.

Блок 9 управления работает следующим образом.

На вход элемента И 8 подаются построчно все содержимые в отдельном блоке памяти отсчеты случайного поля.

Подача отсчетов осуществляется в такте с частотой, вырабатываемой в

ГТИ 10. В счетчиках 13 и 15 строки и столбцов соответственно осуществляется подсчет строк и столбцов случайного поля. Каждому столбцу и строке соответствует отсчет, т.е. осуществляется подсчет номеров отсче. тов. В случае совпадения импульсов строк и столбцов вырабатываются команды, которые поступают на элемент

И 8. Номер отсчета поступает на усреднитель 7. Число ячеек„ в которые входят счетчик строк, счетчик столбцов и схема совпадений, равно числу элементов матрицы.

Импульсы от ГТИ подаются также на делитель 11 частоты, в котором частота ГТИ делится в П сК раз. Такая частота необходима для того, чтобы

""кадры, содержащиеся в строке К отсчетов, повторились П раз и запоминались в блоке б. С делителя счетчика импульсов матрицы, в котором они подсчитываются, и на соответствующем выходе выдаются импульсы для управления регистрами сдвига блока

1 регистров.

1083201 д. "Я

Технико-экономический эффект изоб ретения заключается в том, что за счет исключения повторных вычислений одних и тех же величин повышается быстродействие предлагаемого устройства.

ВНИИПИ Заказ 1755/43

Тираж 699 Подписное филиал DMi "Патент", r.Óæãîðîä,ул. Проектная,4