ВЕКТОРНЫЙ СИНТЕЗАТОР Российский патент 2005 года по МПК G06T11/00 H03B29/00 

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к области обработки или формирования изображения, и, в частности, заявленный векторный синтезатор может быть использован для формирования векторного случайного поля с заданными статистическими характеристиками синтезируемой реализации.

Известен способ генерирования векторных сигналов (см., например, заявку Японии №60-73788. МПК G 06 F 15/62, опубл. 1987 г.). 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.

Наиболее близким, принятым за прототип, является векторный генератор (см., например, заявку №95119470/09(034208) от 14.01.1997 г.). Устройство-прототип содержит генератор шума, блок цифровых фильтров, блок последовательных сумматоров, мультиплексор, устройство визуального вывода, генератор случайных чисел, блок управления.

Недостатком прототипа является то, что он формирует векторное случайное поле (изображение) с произвольными статистическими характеристиками.

Целью настоящего изобретения является разработка векторного синтезатора, позволяющего учесть нелинейные статистические зависимости генерируемой случайной реализации.

Поставленная цель достигается тем, что в известный векторный генератор, содержащий генератор шума, цифровые фильтры, подключенные к первому входу сумматоров, мультиплексоры, генератор случайных чисел, блоки последовательных сумматоров, блок управления, устройство визуального вывода, дополнительно введен блок анализа (см. фиг.1). 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, ко вторым s входам которого подключены соответствующие s выходов i-ой группы первых выходов блока управления. S выходов i-ой 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 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. Выходы блока анализа подключены ко входам блока управления. Первый, второй и третий дополнительные выходы блока управления подключены соответственно ко 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-ые блоки цифровых фильтров и последовательных сумматоров содержат 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 ко 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. 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.

Введение блока анализа позволяет учесть нелинейные статистические зависимости генерируемой случайной реализации.

Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показаны:

на фиг.1 общая структурная схема векторного синтезатора,

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,

на фиг.8 блок анализа,

на фиг.9 блок декодирования кодовых групп.

Векторный синтезатор, показанный на 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, блок анализа 8. 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, ко вторым s входам которого подключены соответствующие s выходов i-ой группы первых выходов блока управления 7. S выходов i-ой 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. Выходы блока анализа 8 подключены ко входам блока управления 7. 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 ко 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-ые блоки цифровых фильтров 2 и последовательных сумматоров 3 содержат 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 ко входам всех регистров 7-1. К другим трем входам каждого регистра 7-1 подключены соответствующие три выхода каждого шифратора 7-2. На входы всех шифраторов 7-2 подаются нелинейные статистические характеристики случайной реализации или через блок переключателей 7-4 управляющие напряжения.

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 А0, A1, A2 подключены ко входам каждого из регистров 7-1 Д0, Д1, Д2 соответственно. Выход задающего генератора 7-3 подключен ко входу С1 каждого из регистров 7-1. Статистические характеристики или управляющее напряжение U через блок переключателей 7-4 подаются на адресные входы I₁-I₈ 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 (см. фиг.5). На фиг.5 показано, что источник входного сигнала (от блока 1) и выход множительного устройства подключаются ко входам сумматора, с выхода которого снимаются отсчеты выходного сигнала (к блоку 3). Выход сумматора подключен ко входу элемента задержки, выход которого 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. (см. фиг.7). При этом выход С_n сумматора связан с D входом Т (триггера), Q выход триггера связан с C_n+1 сумматора. Выход сумматора S - является выходом суммы.

Блок анализа, показанный на фиг.8, включает блоки декодирования кодовых групп и фильтры нижних частот. Каждый блок декодирования кодовых групп состоит из преобразователя последовательного кода в параллельный и формирователя сигнала (см. фиг.9). Фильтры нижних частот могут быть выполнены по рис.1.22 а на стр.22 в [1].

Блок управления 7 может быть выполнен на основе известных элементов, так регистр 7-1 может быть выполнен на серийной микросхеме К-15 5 ИР1 по рис.1.75 на стр.103, описанному в [2]. При этом входы данных S1, Д3, выходы данных Q0, Q1, Q2, тактовый вход С2 и вход разрешения параллельной загрузки РЕ не используются. Шифратор 7-2 может быть выполнен на серийной микросхеме КМ 555 ИВ1 по рис.1.100 на стр.138, описанному в [2]. При этом на разрешающий вход Е1 напряжение запрета не подается, кроме того два дополнительных выхода GS (групповой сигнал) и ЕО (разрешение от выхода) не используются. На адресные входы I₁-I₈ подается напряжение низкого уровня от блока анализа или 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 [3] по рис.7.9 (а) стр.240. Причем 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 [4] - рис.2.2 стр.48-49.

Каждый последовательный сумматор из блока последовательных сумматоров может быть выполнен на серийных элементах по известным схемам, например, описанным в [2] по рис.1.114 на стр.150-154. При этом вход рециркуляции 4, вход управления рециркуляцией 3, слагаемое А, слагаемое В, сумма сумм не используются. Последовательные входы 1, показанные на рис.1.114 вышеупомянутой книги, используются как входы от блоков 2 и 7 в заявленном устройстве.

Каждый мультиплексор 4 может быть выполнен на основе серийных микросхем. Так, например, в [2] на рис.1.102 стр.140-141 показан мультиплексор на микросхеме К 155 КП1, при этом на вход разрешения Е 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, описанной в Изобретениях стран мира 1988 №3, авторское свидетельство СССР №1345191, МПК G 06 7/58, опубл. 15.10.1987 г. При этом входы 9, 10 и выходы 11₁...11_к, указанные на схеме описания указанного изобретения, являются соответственно к-, м-входами и выходами генератора случайных чисел 6 в заявленном устройстве (см. фиг.1).

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

Векторный синтезатор работает следующим образом. Параметры реализации из канала связи поступают на блок анализа 8, в котором вычисляются ее статистические характеристики и затем подаются на блок управления 7, который осуществляет пересчет этих характеристик в параметры векторного генератора. Генератор шума 1 вырабатывает 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 . Благодаря тому, что каждый из s-цифровых фильтров состоит из элемента задержки, множительного устройства и сумматора, при этом выход сумматора подключен ко 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-компаненты следующим образом:

где ν - число координат поля;

i - составляющая области значения поля;

j - компонента рандомизированной смеси;

К_ν - К-_ый отсчет ν-координаты векторного случайного поля.

Сигналы с выходов цифровых фильтров 2 поступают на первые входы последовательных сумматоров 3. 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 С триггера 3.1.2. подается сигнал тактовой частоты для синхронной работы последовательных сумматоров.

Блок управления 7 управляет 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 λ_n последовательности.

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

Для синхронной работы 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.

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.

Таким образом формируется векторное случайное поле с заданными статистическими характеристиками синтезируемой реализации,

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

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. А.А.Бокуняев, Н.М.Борисов и др.; Под ред. Н.И.Чистякова, - 2-е изд., исправ. - М.: Радио и связь, 1993 г.

2. В.Л.Шило, Популярные цифровые микросхемы, - Челябинск: Металлургия, 1989 г.

3. И.С.Потемкин, Функциональные узлы цифровой автоматики, - М.: Энергоатомиздат, 1988 г.

4. Л.М.Гольденберг, Б.Д.Матюшкин, М.Н.Поляк, Справочник, - М.: Радио и связь, 1985 г.

Изобретение относится к обработке или формированию изображений и, в частности, заявленный векторный синтезатор может быть использован для формирования векторного случайного поля с заданными статистическими характеристиками синтезируемой реализации. Его применение позволяет получить технический результат в виде разработки векторного синтезатора, позволяющего учесть нелинейные статистические зависимости генерируемой случайной реализации. Этот результат достигается благодаря тому, что в известный векторный генератор, содержащий генератор шума, цифровые фильтры, подключенные к первому входу сумматора, мультиплексоры, генератор случайных чисел, n блоков последовательных сумматоров, блок управления, устройство визуального вывода, дополнительно введен блок анализа. Выходы блока анализа подключены ко входам блока управления. При этом выходы генератора шума подключены к n блокам цифровых фильтров, выходы последних связаны со входами n блоков последовательных сумматоров. Выходы n блоков последовательных сумматоров подключены к n мультиплексорам, выходы последних связаны с устройством визуального вывода. 9 ил.

Векторный синтезатор, содержащий генератор шума, цифровые фильтры, подключенные к первому входу сумматоров, мультиплексоры, генератор случайных чисел, блок управления, устройство визуального вывода, отличающийсятем, что дополнительно введен блок анализа, состоящий из блоков декодирования кодовых групп и фильтров нижних частот, причем выходы блока анализа подключены ко входам блока управления, 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, ко вторым s входам которого подключены соответствующие s выходов i-й группы первых выходов блока управления, a s выходы 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 ко входу генератора шума, первому и второму входам генератора случайных чисел, выходы которого подключены ко входам n мультиплексоров, 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.