ВЕКТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1997 года по МПК G06T11/00 H03B29/00 

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к обработке или формированию изображения и, в частности, предлагаемый векторный генератор может быть использован для формирования тестовых изображений.

Известен способ генерирования векторных сигналов (см. например, заявку Японии N 60-73788, кл. G 06 F 5/62, опубл. 1987). Устройство, реализующее способ генерирования векторных сигналов, содержит последовательно соединенные генератор случайных чисел, сумматор, буферную память. Кроме того, генератор случайных чисел взаимно соединен с еще одной буферной памятью.

Однако указанное устройство способно генерировать узкий класс векторных сигналов, определяемых постоянной линейной шириной, что является его недостатком.

Известен также векторный генератор, содержащий генератор случайных чисел, выход которого подключен к входу блока векторной обработки, выход которого подключен к буферной памяти [1]
Недостатком данного векторного генератора является низкая точность синтеза векторного сигнала, вследствие использования наложения кодов.

Наиболее близким к предлагаемому является векторный генератор [2] содержащий генератор шума, сумматор, элемент задержки на один такт, умножитель. При этом выход генератора шума подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к элементу задержки на один такт, выход которого подключен к умножителю, а выход последнего связан с вторым входом сумматора.

Это устройство является пригодным для аппроксимации многих встречающихся на практике детерминированных и стохастических процессов с дискретным временем.

Недостатком прототипа является ограниченность статических свойств формируемого изображения, определяемых лишь классом гауссовских плотностей вероятности и корреляционными функциями, что объясняется линейностью выбранной модели порождающего фильтра и гауссовским характером порождающего шума.

Целью изобретения является разработка векторного генератора, позволяющего расширить класс генерируемых случайных реализаций.

Цель достигается тем, что в известный векторный генератор, содержащий генератор шума и цифровые фильтры, подключенные к первому входу сумматора, дополнительно введены n мультиплексоров (n≥1), генератор случайных чисел, n блоков последовательных сумматоров, блок управления и устройство визуального вывода; i-я (i= 1,2,n) группа выходов генератора шума по s (s≥1) выходов в каждой группе подключена к соответствующим первым s входам i-го блока цифровых фильтров, к вторым s-входам которого подключены соответствующие s выходов i-й группы первых выходов блока управления; s-выходы i-й группы вторых выходов блока управления связаны с соответствующими первыми s входами i-го блока последовательных сумматоров, вторые s входов которого подключены к соответствующим s выходам i-го блока цифровых фильтров; s-выходы i-го блока последовательных сумматоров связаны с соответствующими s входами i-го мультиплексора, выходы n мультиплексоров подключены к соответствующим n входам устройства визуального вывода. Первый, второй и третий дополнительные выводы блока управления подключены соответственно к входу генератора шума, первому и второму входам генератора случайных чисел, а четвертый дополнительный выход блока управления в параллель связан с дополнительными входами каждого блока последовательных сумматоров; i-е блоки цифровых фильтров и последовательных сумматоров содержит соответственно по s узкополосных цифровых фильтров и s последовательных сумматоров.

Блок управления содержит по две группы из n•s в каждой регистров и шифраторов, по два дополнительных регистра и шифратора и задающий генератор. Выходы каждого шифратора подключены к входам соответствующего регистра. Выходы первой группы из n•s регистров являются группой выходов блока управления, выходы второй группы из n•s регистров являются второй группой выходов блока управления. Выходы первого и второго дополнительных регистров являются соответственно первым и третьим дополнительными выходами блока управления. Первый и второй выходы задающего генератора являются соответственно вторым и четвертым дополнительными выходами блока управления, а третий выход задающего генератора подключен в параллель к дополнительным входам каждого регистра.

Благодаря новой совокупности существующих признаков и, в частности, с введением n мультиплексоров, генератора случайных чисел, n блоков последовательных сумматоров, блока управления и устройства визуального вывода и связей между ними, показанных на фиг.1, с помощью управления работой векторного генератора, которое осуществляется из блока управления, и обеспечивается расширение класса генерируемых случайных реализаций.

На фиг. 1 показана общая структурная схема векторного генератора; на фиг. 2 схема блока управления; на фиг. 3 схема соединения элементов блока управления; на фиг. 4 схема блока цифровых фильтров; на фиг. 5 схема цифрового фильтра; на фиг. 6 схема блока последовательных сумматоров; на фиг. 7 схема последовательного сумматора.

Векторный генератор (фиг.1) содержит генератор шума 1, n блоков цифровых фильтров 2, n блоков последовательных сумматоров 3, n мультиплексоров 4, устройство визуального вывода 5, генератор случайных чисел 6, блок управления 7; i-я (i=1,2,n) группа выходов генератора шума 1 по s (s≥1) выходов в каждой группе подключена к соответствующим первым s-входам i-го блока цифровых фильтров 2, к вторым s-входам которого подключены соответствующие s-выходов i-й группы первых выходов блока управления 7; s-выходов i-й группы вторых выходов блока управления 7 связаны с соответствующими первыми s входами i-го блока последовательных сумматоров 3, вторые s входов которого подключены к соответствующим s выходам i-го блока цифровых фильтров 2; s-выходов i-го блока последовательных сумматоров 3 связаны с соответствующими s-входами i-го мультиплексора 4, выходы n мультиплексоров 4 подключены к соответствующим n входам устройства визуального вывода 5. Первый (а), второй (б) и третий (с) дополнительные выходы блока управления 7 подключены соответственно к входу генератора шума 1, первому (м) и второму (к) входам генератора случайных чисел 6, а четвертый дополнительный выход (д) блока управления 7 в параллель связан с дополнительными входами каждого блока последовательных сумматоров 3; i-е блоки цифровых фильтров 2 и последовательных сумматоров 3 содержит соответственно по s узкополосных цифровых фильтров 2-1 и s последовательных сумматоров 3-1.

Блок управления 7 может быть реализован по схеме, показанной на фиг. 2, и включает 2 группы по n•s регистров 7-1 в каждой, 2 группы по n•s шифраторов 7-2 в каждой, кроме того, в блоке управления 7 имеется дополнительно 2 регистра 7-1 и 2 шифратора 7-2, задающий генератор 7-3 и блок переключателей 7-4. При этом выход задающего генератора 7-3 подключен в параллель к входам всех регистров 7-1. К другим трем входам каждого регистра 7-1 подключены соответствующие три выхода каждого шифратора 7-2. Управляющие напряжения через блок переключателей 7-4 подаются на входы всех шифраторов 7-2.

Схема соединения каждого из регистров 7-1 и шифраторов 7-2 структурно показана на фиг. 3. Кроме того, на фиг.3 также показаны задающий генератор 7-3 и блок переключателей 7-4. При этом выходы каждого из шифраторов 7-2 подключены к входам каждого из регистров 7-1 Д0, Д1, Д2 соответственно. Выход задающего генератора 7-3 подключен к входу каждого из регистров 7-1. Управляющее напряжение U через блок переключателей 7-4 подается на адресные входы каждого шифратора 7-2.

Блок цифровых фильтров 2 может быть реализован по схеме, показанной на фиг.4. Каждый блок цифровых фильтров 2 состоит из s цифровых фильтров 2-1, а каждый из s цифровых фильтров 2-1 включает элемент задержки (регистр), множительное устройство и сумматор (фиг.5). На фиг. 5 показано, что источник входного сигнала (от блока 1) и выход множительного устройства подключаются к входам сумматора, с выхода которого снимаются отсчеты выходного сигнала (к блоку 3). Выход сумматора подключен к входу элемента задержки, выход подключен к первому входу множительного устройства, а второй вход последнего является входом управляющего напряжения от блока 7.

Блок последовательных сумматоров 3 может быть реализован по схеме, показанной на фиг. 6, и включает s-последовательных сумматоров 3-1. Каждый последовательный сумматор 3-1 состоит из сумматора 3.1.1. триггера 3.1.2. (фиг. 7). При этом выход C_n сумматора связан с D входом T (триггера), Q выход триггера связан с C_n+1 сумматором. Выход сумматора S является выходом суммы.

Блок управления 7 может быть выполнен на основе известных элементов, так регистр 7-1 может быть выполнен на серийной микросхеме К-155 ИР1 (Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Челябинск: Металлургия, 1989 рис. 1.75, 103). При этом входы данных S1, D3, выходы данных Q0, Q1, Q2, тактовый вход и выход разрешения параллельной загрузки не используются. Шифратор 7-2 может быть выполнен на серийной микросхеме КМ 555 ИВ 1 (там же, рис. 1.100, с. 138). При этом на разрешающий вход напряжение запрета не подается, кроме того, два дополнительных выхода (групповой сигнал) и (разрешение от выхода) не используются. На адресные входы подается напряжение низкого уровня от переключателей блока управления, в качестве которых могут использоваться любые серийные переключатели ( например МТ-1). Задающий генератор 7-3 можно построить на любых инвертирующих элементах, например описанных в книге Потемкина И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. Москва: Энергоатомиздат, 1988, рис. 7.9(а), с.240. При этом выход задающего генератора 7-3 в параллель подключен к блокам 1, 3, 6 и к шифраторам 7-1.

Каждый цифровой фильтр 2-1 из блока цифровых фильтров 2 может быть выполнен на основе серийных элементов задержки, множительных устройств и сумматора по известным схемам, например описанным в книге Гольденберг Л.М. Матюшкина Б.Д. Поляк М.Н. Справочник. М. Радио и связь, 1985, рис. 2.2, с.48-49.

Каждый последовательный сумматор из блока последовательных сумматоров может быть выполнен на серийных элементах по известным схемам Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Челябинск: Металлургия, 1989, рис. 1.114 с. 150-154). При этом вход рециркуляции 4, вход управления рециркуляцией 3, слагаемое A, слагаемое B, сумма сумм не используются. Последовательные входы 1, показанные на рис. 1.114 вышеупомянутой книги, используются как входы от блоков 2 и 7 в предлагаемом устройстве.

Каждый мультиплексор 4 может быть выполнен на основе серийных микросхем. Так, например, в книге Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Челябинск: Металлургия, 1989, рис. 1.102, ч. 140-141 показан мультиплексор на микросхеме К 155 КП1, при этом на вход разрешения E напряжение высокого уровня не подается и адресные входы S0, S1, S2, S3 запараллеливаются.

В качестве устройства визуального вывода 5 можно использовать монитор ПЭВМ.

Генератор случайных чисел 6 может быть выполнен по схеме (авт. св. СССР N 1345191, кл. G 06 7/58, опубл. 15.10.78). При этом входы 9, 10 и выходы 11₁.11_k, показанные на схеме описания указанного изобретения, являются соответственно К, М входами и выходами генератора случайных чисел 6 в предлагаемом устройстве (фиг.1).

Генератор шума 1 может быть выполнен на основе серийных микросхем (например, на микросхеме К 155 ЛАЗ).

Векторный генератор работает следующим образом. Генератор шума 1 выбирает шум где n размерность области значений случайного шума, S_n-число выходов сигнала шума по каждой размерности, который одновременно поступает на n блоков цифровых фильтров 2, управление которыми осуществляется с блока управления 7 сигналами , в отличии от прототипа, где сигнал от генератора шума поступает к первому входу сумматора. Благодаря тому, что каждый из s цифровых фильтров состоит из элемента задержки, множительного устройства и сумматора, при этом выход сумматора подключен к входу элемента задержки, на выходе которого появляются задержанные на интервал дискретизации отсчеты, а управление переменным множителем множительного устройства осуществляет оператор с блока управления 7, за счет рандомизации (под рандомизацией понимается случайный характер выбора альтернативы из множества альтернатив в соответствии с некоторым заданным дискретным распределением вероятности) генерируемого случайного поля на выходе каждого из s цифровых фильтров 2-1 получаются сигналы , которые вычисляются по каждой i-составляющей, j-компоненты следующим образом:

где v число координат поля;
i составляющая области значения поля;
j компонента рандомизированной смеси;
K_v-K_ый отсчет v-координаты векторного случайного поля.

Сигналы с выходов цифровых фильтров 2 поступают на первые входы последовательных сумматоров 3. Для расширения класса генерируемых случайных реализаций в предлагаемом устройстве введено управление работой каждого последовательного сумматора 3-1 из блока последовательных сумматоров 3 с помощью сигналов трендовых смещений (под трендовыми смещениями понимается величина смещения металлического ожидания процесса) от блока управления 7. Таким образом, на вторые входы последовательных сумматоров 3 поступают сигналы трендовых смещений от блока управления 7. Кроме того, от задающего генератора 7-3 блока управления 7 к каждому из последовательных сумматоров 3-1 на вход C-триггера 3.1.2. подается сигнал тактовой частоты для синхронной работы последовательных сумматоров.

Дополнительно, для расширения класса генерируемых случайных реализаций в предлагаемом устройстве введено управление из блока управления 7 генератором случайных чисел 6, а он, в свою очередь, управляет работой мультиплексоров 4. С выходов последовательных сумматоров 3 сигналы поступают на соответствующие мультиплексоры 4, управление которыми осуществляется с помощью генератора случайных чисел 6 сигналами С помощью сигналов , которые поступают от генератора случайных чисел 6, в каждом мультиплексоре 4 осуществляется выбор из всех входных s последовательностей, поступающих от последовательных сумматоров 3, только одной (определяет оператор с помощью блока переключателей 7-4 блока управления 7) λ_n последовательности.

С выходов соответствующих мультиплексоров сигналы λ_n поступают на устройство визуального вывода 5.

Для синхронной работы предлагаемого устройства в целом используется задающий генератор 7-3 в блоке управления 7. Выходы задающего генератора 7-3 связаны со всеми регистрами 7-1 блока питания 7, с блоками последовательных сумматоров 3, с генератором случайных чисел 6.

На каждый цифровой фильтр 2-1 из блока цифровых фильтров 2, на каждый последовательный сумматор 3-1 из блока последовательных сумматоров 3 в блоке управления 7 имеется управляющая пара, состоящая из регистра 7-1 и шифратора 7-2. Кроме того, в блоке управления 7 имеются дополнительно две управляющие пары, состоящие из регистра 7-1 и шифратора 7-2, для управления работой генератора шума 1 и генератором случайных чисел 6.

Управление работой векторного генератора в целом осуществляет оператор с блока переключателей 7-4 блока управления 7.

Таким образом, формируется векторное случайное поле (изображение) с произвольными, заданными из вне (из блока управления), статическими характеристиками, позволяющими расширить класс генерируемых случайных реализаций.

Элементы предлагаемого устройства являются типовыми и могут быть технически реализованы в настоящее время при использовании имеющейся элементной базы.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к обработке или формированию изображения, в частности предлагаемый векторный генератор может быть использован для формирования тестовых изображений. Целью изобретения является разработка векторного генератора, позволяющего расширить класс генерируемых случайных реализаций. Цель достигается тем, что в известный векторный генератор, содержащий генератор шума и цифровые фильтры, подключенные к первому входу сумматора, дополнительно введены n мультиплексоров 4, генератор случайных чисел 6, n блоков последовательных сумматоров 3, блок управления 7 и устройство визуального вывода 5. При этом выходы генератора шума 1 подключены к n блокам цифровых фильтров 2, выходы последних связаны с входами n блоков последовательных сумматоров 3. Выходы n блоков последовательных сумматоров 3 подключены к n мультиплексорам 4, выходы последних связаны с устройством визуального вывода 5. Управление работой векторного генератора осуществляется с блока управления 7 оператором. На каждый цифровой фильтр 2-1 из блока цифровых фильтров 2, на каждый последовательный сумматор 3-1 из блока последовательных сумматоров 3 в блоке управления 7 имеется управляющая пара, состоящая из регистра 7-1 и шифратора 7-2. Кроме того, в блоке управления 7 имеются дополнительно две управляющие пары, состоящие из регистра 7-1 и шифратора 7-2, для управлением работой генератора шума 1 и генератором случайных чисел 6. Для синхронной работы предлагаемого устройства в целом используется задающий генератор 7-3 в блоке управления 7. Выходы задающего генератора 7-3 связаны со всеми регистрами 7-1 блока управления 7, с блоками последовательных сумматоров 3, с генератором случайных чисел 6. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Векторный генератор, содержащий генератор шума и цифровые фильтры, подключенные к первому входу сумматоров, отличающийся тем, что дополнительно введены n мультиплексоров (n ≥ 1), генератор случайных чисел, n блоков последовательных сумматоров, блок управления и устройство визуального вывода, i-я (i 1, 2, n) группа выходов генератора шума по s (s ≥ 1) выходов в каждой группе подключена к соответствующим первым s-входам i-го блока цифровых фильтров, к вторым s-входам которого подключены соответствующие s выходов i-й группы первых выходов блока управления, а s выходов i-й группы вторых выходов последнего связаны с соответствующими первыми s-входами i-го блока последовательных сумматоров, вторые s входов которого подключены к соответствующим s-выходам i-го блока цифровых фильтров, s выходов i-го блока последовательных сумматоров связаны с соответствующими s-входами i-го мультиплексора, выходы n мультиплексоров подключены к соответствующим n-входам устройства визуального вывода, первый, второй и третий дополнительные выходы блока управления подключены соответственно к входу генератора шума, первому и второму входам генератора случайных чисел, а четвертый дополнительный выход блока управления в параллель связан с дополнительными входами каждого блока последовательных сумматоров, причем i-е блоки цифровых фильтров и последовательных сумматоров содержат соответственно по s узкополосных цифровых фильтров и s последовательных сумматоров. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что блок управления содержит по две группы из n • s в каждой регистров и шифраторов, по два дополнительных регистра и шифратора и задающий генератор, выходы каждого шифратора подключены к входам соответствующего регистра, выходы первой группы из n • s регистров являются первой группой выходов блока управления, выходы второй группы из n • s регистров являются второй группой выходов блока управления, выходы первого и второго дополнительных регистров являются соответственно первым и третьим дополнительными выходами блока управления, а первый и второй выходы задающего генератора являются соответственно вторым и четвертым дополнительными выходами блока управления, а третий выход задающего генератора подключен в параллель к дополнительным входам каждого регистра.