Сигнатурное цифровое сглаживающее устройство

 

СИГНАТУРНОЕ ЦИФРОВОЕ СГЛАЖИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее сумматор , выход которого соединен с входом элемента НЕ, первым входом первого элемента И и входом первого формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в О первого счетчика и входом установки в О триггера, прямой выход которого подключен к первому входу второго элемента и, выход которого соединен с входом записи реверсивного счетчика, информационный выход которого соединен с первым входом сумматора и является информационным выходом устройства, выходэлемента НЕ подключен к первому входу третьего элемента И и входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход старшего разряда первого счетчика подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен с входом установки в 1 триггера, инверсный выход которого подключен к вторым входам первого и третьего элементов И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика , информационный вход которого объединен с вторым входом сумматора и является информационным входом устройства, вторые входы второго и четвертого элементов и, тактовый вход первого счетчика объединены и являются тактовым входом устройстве , отличающееся тем, что, с целью увеличения точности сглаживания, в него введены с компаратор, второй счетчик, элемент задержки, пятый элемент И, втосл рой элемент ИЛИ и регистр, информационный выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен к первому входу пятого элемента И, выход которого соединен с третьими входами первого и третьего элементов ии первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в О второго счетчика, информационный выход которого подключен к второму входу компаратора, второй вход пятого элемента и соединен с выходом элемента задержки, вход которого объединен с тактовым входом устройства, второй вход второго элемента ИЛИ подключен к выходу первого элемента ИЛИ, информационный вход регистра является входом задания параметра устройства.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ЗШ С 06 F 15/353 !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 " c

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3532571/24 (2?) 03.12.82 о (46) 15.05.84. Бюл. Р 18 (72) Г.С. Магданов, В.Д.Шершуков и (O.В. Воронин (53) 681.32 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 633028, кл. G 06 F 15/36, 1978.

2. Севин А.Г. Распознавание случайных сигналов, Новосибирск, СО АН

СССР, "Наука", 1974, с. 45 (прототип) (54)(57) СИГНАТУРНОЕ ЦИФРОВОЕ СГЛАЖИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее сумматор, выход которого соединен с входом элемента НЕ, первым входом первого элемента И и входом первого формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в "0" первого счетчика и входом установки в "0" триггера, прямой выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен с входом записи реверсивного счетчика, информационный выход которого соединен с первым входом сумматора и является информационным выходом устройства, выход элемента

НЕ подключен к первому входу третьего элемента И и входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход старшего разряда первого счетчика подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен с входом усЛФ L0225l3 A тановки в "1" триггера, инверсный выход которого подключен к вторым входам первого и третьего элементов

И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, информационный вход которого объединен с вторым входом сумматора и является информационным входом устройства, вторые входы второго и четвертого элементов И, тактовый вход первого счетчика объединены и являются тактовым входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности сглаживания, в него введень| компаратор, второй счетчик, элеУ мент задержки, пятый элемент И, второй элемент ИЛИ и регистр, информационный выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого псдключен к первому входу пятого элемента И, выход которого соединен с третьими входами первого и третьего элементов И и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которогс соединен с входом установки в "0" второго счетчика, информационный выход которого подключен к второму входу компаратора, второй (Д àõoð пятого элемента И соединен с выходом элемента задержки, вход которого объединен с тактовым входом Я устройства, второй вход второго элемента ИЛИ подключен к выходу первого элемента ИЛИ, информационный вход регистра является входом зада-. ния параметра устройства. )В»

109 251 9 () { 1, если ) 0 0, если Z i 0 (5) где

m=(v,м }, +1, если (х„-у„„)>о

О, если (х „- у,„, j- (— 1, если (х„-у„„ (о

S>gn (х — у ) и- уп ) Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах и устройствах для сглажи вания стационарных и медленноменяю5 щихся случайных процессон.

Известно цифровое сглаживающее устройство, реализующее рекурсивный алгоритм экспоненциального сглажинания, содержащее сумматоры, регистры, генератор и;-.пульсов, элементы задерж10 ки, И и ИЛ!< (1 ).

Данное устройство отличается относительно большим объемом оборудования, сложной схемой коммутации узлов и блоков и сравнительно малым быстродействием.

Кроме того, известен сигнатурный рекурсивный алгоритм сглажинания Фабиана у„= у„+ d sign (х — у ), (1) где хи и у„ „ — текущие дискреты исходной и сглаженной дискретной последовательности

Поскольку з цифровой обработке . си налов минимальное приращение целочисленных двоичных дискрет равно единице (один бит), то,принимая aL=1, из (1) имеем выражение! у„=Ч„<+ sign (, - у, ), (J) которое может быть реализовано в 40 устройстве, содержащем сумматор (или компаратор), определяющий знак отклонения (х „ -у„ ) текущей дискреты от оценки математического ожидания (медианы) сглаживаемого случайного процесса, дна элемента И и реверсивный счетчик, реализующих непосредственно сигнатурную функцию, блок упранления режимами работы, содержащий дна формирователя имйульсов, счетчик, два элемента И триггер 2 j.

Однако устройство, отличаясь существенной простотой, имеет малую точность сглаживания.

Цель изобретения — увеличение точности сглаживания.

Для достижения этой цели предложена следующая модификация алгоритма .сигнатурного сглаживания (г =уп „+»Qn (х -у 1p Г! 60 и „„) u(х

"-! ) (+) где j =(1, <), .=(,N)- серия отклонений одного знака подряд, причем 65

Принцип сигнатурного сглаживания основан на свойстве симметрич-: ности кривой плотности распределения вероятностей сглаживаемых случайных процессов, т.е. появление

"+" и "-" отклонений текущих дискрет процесса от его медианы для большинства известных типов распределений(нормального, равномерного, Симпсона и др,) равновероятно (с()=1/2)

То же можно утнерждать о вероятно"„ти появления разнознаковых серий отклонений одного знака подряд, ко» торая для статически независимых случайных процессов подчиняется геометрическому закону распределения

В соответствии с условием (5) сигнатурная функция (2) реализуется в (4) не с каждым тактом, а только при достижении заданной серии л отклонений одного знака подряд. Например, при сглаживании фрагмента дискретной последовательности объемом n.- 96 дискрет при п= 1 выходная оценка математического ожидания сглаживаемой реализации получила бы

96 единичных приращений обоих знаков, в то время как при rn = 3 в соответствии с (6) не более 4-х приращений разных знаков, т.е. степень изменчивости выходной дискреты (дисперсия сглаженного процесса) для случая m =- 3 существенно снизится по сравнению с = 1.

Поставленная цель достигается тем, что в сигнатурное сглаживающее"устройство, содержащее сумматор, выход которого соединен с входом элемента

НЕ, первым входом первого элемента И и входом первого формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в "0" перного счетчика и входом установки в "0" триггера, прямой выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен со входом записи реверсивного счетчика, информационный выход которого соединен с первым входом сумматора и является информационным входом устройства, выход элемента НЕ подключен к первому входу третьего элемента И и входу второго формирователя импульсов, ныход которого соединен с вторым. входом первого элемента ИЛИ„ выход старшего

1092519

15

30

55 разряда первогС счетчика подключен к первому входу четвертого элемента

И, выход которого соединен со входом установки в "1" триггера, инверсный выход которого подключен к вторым входам первого и третьего элементов И, выходы которых подключены со,ответственно к суммирующему и вычитающему входу реверсивного счетчика, информационный вход которого объединен со вторым входом сумматора и является информационным входом устройства, вторые входы второго и четвертого элементов И, тактовый вход первого счетчика объединены и являются тактовым входом устройства, введены компаратор, второй счетчик, элемент задержки, пятый элемент И, второй элемент ИЛИ и регистр, информационный выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен к первому входу пятого элемента И, выход которого соединен с третьими входами первого и третьего элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом установки в "0" второго счетчика, информационный выход которого подключен ко второму входу компаратора, второй вход пятого элемента И соединен с выходом элемента задержки„ вход которого объединен с тактовым входом устройства, второй вход второго элемента

ИЛИ подключен к выходу первого элемента ИЛИ, информационный вход регистра является входом задания параметра устройства.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит сумматор 1, элемент НЕ 2, блок управления 3 режи- 40 мом работы, содержащий формирователи импульсов 4, элемент ИЛИ 5, счетчик 6 (М отклонений одного знака подряд), два элемента И 7 и триггер

8, блок приращений 9, содержащий два 45 элемента И 10 и реверсивный счетчик

11, блок формирования серий 12, содержащий счетчик 13 (серий щ отклонений одного знака подряд), коМпаратор 14, регистр 15, элементы И 16, 50

ИЛИ 17 и задержки 18, информационный вход 19, вход задания параметров

20, информационный выход 21 и тактовый (управляющий) вход 22.

Устройство работает в двух режимах.

B первом режиме — режиме сглаживания — после образования в первом такте на выходе сумматора 1 знака текущего отклонения (х„-ч„,) тактирующий импульс со входа 22 через блок формирования серий 12, элемент задержки 18 и элементы И 10 (при разрешении от триггера 8 блока управления 3) формирует во втором такте приращение +1 при положительном отклонении (или — 1 при отрицательном) в реверсивном счетчике 11 в соответствии . с уравнением (3).

Второй режим работы — динамический, на который устройство автоматически выходит при возрастании (или убывании) входной дискретной последовательности. Момент смены режима очевидно наступает при появлении серии из M отклонений одного знака подряд, причем величина М должна ис— ключить появление такой серии на стационарном режиме. Пусть М=8, тогда из (6) имеет Р(x=M)=1/256 = 0,004, т.е. вероятность появления такой серии на стационарном режиме практически равна 4 из 1000. Величина

М = 8 определяет емкость счетчика 6.

При поступлении 8-го подряд импульса со входа 22 в счетчик 6 "1" старшего (4-го) разряда последнего разрешает прохождение тактирующего импульса через элемент И 7, к торый устанавливает триггер 8 в "1". Последний разрешает прохождение так— тирующих импульсов через элемент И 7 на вход записи счетчика 11 и запрещает их прохождение через элементы И 10. Текущие дискреты со входа устройства непосредственно переписываются в реверсивный счетчик 11.

По завершении динамического режима и выхода на стационарный в сумматоре 1 неизбежно возникают откло нения противоположного знака, а при смене знака с "+" на "-" (или наоборот) начинают срабатывать формирователи импульсов 4, которые через элемент ИЛИ 5 обнуляют счетчик 6 и триггер 8, т.е. устройство опять переходит в режим сглаживания.

Блок формирования серий 12в отклонений одного знака подряд работает следующим образом.

Cc входа 20 в регистр 15 перед началом работы устройства записывается значение серии, определяющее заданную степень сглаживания, например

to=3. При совпадении кодов со счетчика 13 и регистра 15 компаратор 14 с выходной шины "А=В" выдает высокий ("1") потенциал, который разрешает прохождение задержанного элементом задержки 18 тактирующего импульса через элемент И 16 в блок приращений 9, где в зависимости от знака реализуется сигнатурная функция. Этот же импульс поступает через элемент ИЛИ 17 в счетчик 13 и обнуляет его (для следующего цикла серии ) . Последний обнуляется также с выхода элемента

ИЛИ 5 при смене знака отклонения.

Таким образом, блок 12 обеспечивает реализацию сигнатурной функции по уравнению (4) только при появлении

1092519

Хп

Составитель А.Баранов

Редактор A.Äoëèíè÷ Техред М.Надь Корректор Л. Пилипенко

Заказ 3256/33 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рау лская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул,Проектная, 4 заданной серии (в=3) отклонений одного знака подряд, чем и достигается заданная степень сглаживания.

Данное изобретение увеличивает точность сглаживания по сравнению с прототипом, причем степень сглаживания можно менять путем задания величины серии в диапазоне ю =:(1,7). Для данного устройства при выбранном Нт характере постоянная величина выходного эначения дисперсии сглаженного процесса неэависима от ее уровня на вхсде, поэтому чем она больше на входе, тем выше эффективность сглаживания.