Устройство для распознавания сигналов Советский патент 1983 года по МПК G06K9/00 

2. Устройство по П.1, отличаю щ е е с я тем, что блок управления содержит последовательно включенные первый элемент ИЛИ, первый формирователь импульсов и первый инвертор, последовательно включенные .управляемый формирователь импульсов, управляющий вход которого является дополнительным входом блока, второй инвертор, второй формирователь импульсов и третий инвертор, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, последовательно включенные счетчик, счетный аход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, дешифратор, третий формирователь импульсов и четвертый инвертор, последовательно включенные второй элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу четвертого инвертора, и четвертый формирователь импульсов, выход которого подключен

Сброс

к входу

счетчика, второму входу первого элемента ИЛИ и является четвертым выходом блока, одновибратор, подключенный к второму входу второго элемента ИЛИ, последовательно включенные элемент задержки, вход которого служит входом блока, и пятый формирователь импульсов, триггер, вход которого подключен к выходу пятого формирователя импульсов, а вход Сброс к выходу четвертого формирователя импульсов, первый элемент И, входы которого подключены к выходам первого и четвертого инверторов и к выходу О триггера, и второй элемент И, входы которого подключены к выходу Ч триггера и к входу блока, выход - к третьему вход второго элемента ИЛИ, а выходы первого формирователя импульсов, управляемого формирователя импульсов и второго формирователя являются соответственно вторьм, первым и третьим выходами блока.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ СИГНАЛОВ, содержащее последователь но включенные блок дифферен- цирования, первый усилитель, первый триггер и одновибратор, первый счетчик, сумматор, входы которого подключены к выходам первого триггер а и одновибратора, первый фо 4ирователь шшульсов, вход котозрого подключен к выходу сумматора, a выход - к счетному входу первого счетчика, последовательно включенные второй усилитель, второй триггер и второй формирователь импульсоЬ, второй счетчик/ счетный вход которого подключен к выходу второго формирователя нмлульсов, шифратор, блок управления, вход которого подключен к выходу второго триггера, первый и второй выходы блока управления подключены соответственно к упрадля1ааим входам и входам Сброс первого и второго счетчиков, вычислительный блок, входа которого подключены к выходам первого и вторэго счетчиков, a также к второму и третьему вьвсодам блока управления, a выход вычислительного блока подключен к входу шифратора, и три блока принятия решения, подключенные к выходам шифратора и четвертому илходу блока у правления, о т л и ч a ю щ е е с я тем,что,с це-.. лью повышения быстродействия,устрой-. ство содержит дешифратор, подключенHi к выходу BToporQ счетчика, и третий формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу де- g вшфратора, a выход - к дополнитель- f ному входу блока управления. tx САЭ 00

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для распознавания сигналов, и может быть использовано, например, при построени устройств автоматической перестройки коммутационного тракта канала связи в зависимости от вида передаваемых по нему сигналов - импульсного, речевого. или последовательности отрезков гармонических колебаний (частично-манипулированного сигнала, фазоманипулированного сигнала или сигнала селективного вызов абонента).

Известны устройства для распознавания сигналов, действие которых основано на реализ,ации того или иного алгоритма распознавания, осуществляемой совокупностью цифровых блоков l.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно включенные блок дифференцирования, первый усилитель, первый триггер и одиовибратор, первый счетчик, сумматор, входы которого подключены к выходам первого триггера и одновибратора,- первый формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу сумматора, а выход - к счетному входу первого счетчика,, последовательно включенные второй усилитель, второй триггер и второй формирователь импульсов, второй счетчик, счетный

вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, шифратор, блок управления, вход которого подключен к выходу второго

триггера, первый и второй выходы блока управления подключены соответственно к управляющим входам и входам Сброс первого и второго счетчиков, вычислительный блок,

0 входы которого подключены к выходам первого и второго счетчиков, а также к второму и третьему выходам блока управления, а выход вычислительного блока подключен к входу шифратора, и три блока принятия реше-. ния, подключенные к выходам шифратора и четвертому выходу блока управления С2 ,

Это устройство позволяет распоз- навать такие виды сигналов, как импульсный, речевой и последовательность отрезков гармонических колебаний (фазоманипулированный, частотно-манипулированный сигналы и сигнал селективного вызова), спектр ко торых находится в полосе канала тональных частот (300-3400 Гц), При этом интервал распознавания состоит из одинаковых интервалов оценки, на каждом из которых подсчитывается

0 число пересечений исходного и дифференцированного сигналов. Длительность интервала оценки фиксированная и выбирается из ycJIoвия обеспечения требуемой вероятности правильного распознавания для сигнала с минимадьной частотой. При поступлении сигнала 1с более высокой частотой решение о виде сигнала может быть принято ран ше . Таким образом, недостатком известного устройства для распознавания сигналов является низкое быстро действие в случаях, когда частота сигнала отличается от минимально во можной. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства для распознавания сигналов. Поставленная цель достигается те что в устройство для распознавания сигналов дополнительно введены дешифратор, подключенный к выходу вто рого счетчика, и третий формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу дешифратора, а выход - к дополнительному входу блока управления. При блок .управления содержи последовательно включеннью первый элемент ИЛИ, первый формирователь им пульсов, .и первый инвертор, последо вательно включенные управляемый фор мирователь импульсов, управляющий вход которого является дополнительным входом блока, второй инвертор, второй формирователь импульсов и тр тий инвертор, выход которого подклю чен к первому входу первого элемента ИЛИ, последовательно включенные .счетчик, счетный вход которого подключен к выходу второго формирователя икюульсов, дешифратор, третий формирователь импульсов и четвертый инвертор, последовательно включенные второй элолент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу четвертого инвертора, и чеагвертый форивирователь импульсов, выход которого подключен к входу Сброс счетчи vKa, второму входу первого элемента /1и является четвертым, выхсщом блока, одновибратор, подключенный к второму входу второго ИЛИ, последовательно включенные элемент за держки, вход которого служит входом блока, и пятый формирователь им пульсов, триггер, вход которого под ключен к выходу пятого формировател импульсов, а вход Сброс - к выходу четвертого формирователя импул сов, первый элояент И, входы которого подключены к выходам первого и четвертого инверторюв и к выходу IIQII триггера, и второй элетлент И, входы которого подключены к .выходу триггера и к входу блока, выход - ктретьему входу второго элемента ИЛИ, а выходы первого формирователя импульсов, управляемого формирователя импульсов и второго формирователя импульсов являются соответственно вторьм, первым и тре тьим выходами блока. На фиг.1 приведена блок-схема устройства для распо-энавания сигналов; на фиг.2 - блок-схема блока управления; на фиг.3-5 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства в целом и блока управления. Устройство, для распознавания сигналов содержит блок 1 дифференцирования, первый усилитель 2, первый триггер 3, одновибратор 4, сумматор 5, первый формирователь 6 импульсов, первый счетчик 7, вычислительный блок 8, второй усилитель 9, второй триггер 10, второй формирователь 11 импульсов, второй счетчик 12, шифратор 13, блоки 14, 15 и 16 принятия решения, блок 17 управления, дешифратор 18 и третий формирователь 19 импульсов. Блок управления содержит элемент 20 задержки, пятый формирователь 21 импульсов, триггер 22, второй элемент И 23, второй элемент ИЛИ 24, четвертый формирователь 25 импульсов, первый элемент ИЛИ 26, первый формирователь 27 импульсов, первый инвертор 28, первый элемент И 29, управляемый формирователь 30 импульсов, второй инвертор-31, второй фо 1ирователь 32 импульсов, третий инвертор 33, счетчик 34, дешифратор 35, третий формирователь 36 им:пульсов, четвертый инвертор 37 и одновибратор 38. i В статическом состоянии при отсутствии на входе сигнала на выхо.дах триггеров 3 и 10 присутствует напряжение, соответствуквдее условному нулю. При этом блок 17 не :формирует на выходах импульсов управления. На выходах одновибратора 4, формирователей 6, 11 и 19 присутствует напряжение, соответствующее условному нулю, на выходах шифратора 13, блоков 14, 15 и 16 и дешифратор 18 - напряжение, также соответствунвдее условному нулю. Работа устройства для распознавания сигналов осуществляется слет дукяцим образом. Начало работы блбка 17 синхронизируется с моментом, первого Пересе- чения входным сигналом порога срабатывания А триггера Шмидта 10 (фиг.3-0). При этом блок 17 формирует на своих выходах импульс Сброс поступающий на соответствующие входы счетчиков 7, 1 и блока 8 и записывающий в них код, соответствукнций условному нулю (фиг., момент ) . Одновременно формируется импульс Сброс 1 (фиг., момент t), поступающий на соответствующие входы блоков 14, 15 и 16 и записывающий в них код, соответствующий условному нулю. Далее блок 17 формирует итлпульс Оценка, поступающий на управляющие входы счетчиков 7 и 12 (фиг.3-5, момент tj). Во время действия этого импульса длительностью, не превышающей интервала Т, счетчиками 7 и 12 осуществляется счет ч ла импульсов, поступающих соответст на их входы с выходов формирователей б и 11. Выходы счетчиков 7 и 12 соответственно соединены с первым и вторым входами блока 8, и коды чисел импульсов-, накопленных счетчиками 7 и 12, поступают на входы блока 8. По окончании импульса Оценка блок 17 формирует импульс Вычисление (фиг., момент t), В течение длительности этого импульса блок 8 осуществляет операцию деления числа импульсов, накопленных за время Т счетчиком 7, на число импульсов, накопленньпс за это время Т счетчиком 12. Код, соот ветствующий результату операции деления, с выхода блока 8 поступает на вход шифратора 13, который в зависимости от значения поступившего кода формирует импульс на одном из трех выходов, соединенных соответст венно с входами блоков 14, 15 и 16 По окончании импульса Вычисление блок 17 формирует импульс Сброс (фиг.3-3, момент t.), поступающий на соответствующие входы счетчиков 12 и блока 8 и подготавливающий их к проведению следунлдего цикла работы устройства, включаквдего в себя операции нахождения чисел пересечений напряжений, поступакядих с выхода сумматора 5 и триггера 10, вычис ления отношения этих чисел и сравнения каждого вычисленного отношения с порогами в шифраторе 13, Максимальная длительность импульса Оценка равна Т. Импульс такой длительности формируется в там случае, если на дополнительный вход бл ка 17, соединенный с выходом формирователя 19, в течение длительности Т от момента начала импульса Оцен ка не поступает импульс. Это соответствует случаю, когда в счетчике 12 за время Т не накапливается число импульсов, соответствующее не которому порогу К (в случае, представленном на осциллограммах фиг.З число К для наглядности выбрано рав ным 4), для случая, показанного на фиг.З, в первом цикле работы устройства (т.е. от момента t до момента tn) в сметчике 12 за время Т не успевает накопиться сумма, равная четырем, поэтому на выходе дешифратора 18, соединенном с выходом счетчика 12, не появляется единичного напряжения, соответственно формирователь 19 не формирует импульса. Во 2, 3, .4 и 5-м циклах работы предлагаемого устройства частота входного сигнала такова, что число в счетчике 12 накапливается раньше чем за Т. Поэтому в момент поступления в счетчик 12 последнего из К-импульсов на выходе дешифратора 18 формируется единичное напряжение (фиг., моменты времени t, t, t-, tg соответственно), по появлении которого формирователь 19 вырабатывает импульсы (фиг.), поступающие на соответствующий вход блока 17 и обуславливающие окончание импульса оценки (фиг.). По окончании импульса Оценка блок 17 формирует импульсы Вычисление и Сброс (фиг.3-6, ). Операции нахождения чисел пересечений за время, не превышаклцее интервал Т, вычисления отношения этих чисел и сравнения вычисленного отношения с порогами осуществляются для каждого из п соседних интервалов, начиная с момента пересечения входным сигналом порога срабатывания А триггера 10. На осциллограммах (фиг.З), число п для конкретности выбрано равным пяти. Результаты каждого сравнения с порогами в шифраторе 13 поступают в виде импульсов соответственно на входы блоков 14, 15 и 16, в которых накапливаются количества попаданий вычисленного отношения в соответствуниий диапазон значений. Если число импульсов, накопленных в одном из блоков 14, 15 и 16 становится решным числу т, т или т, на выходе соответствующего блока 14, 15 или 16 появляется напряжение .(фиг.3-7, момент t., га 5) длительностью-не менее Т. Очередная процедура распознавания начинается с момента пересечения входным сигналом порога срабатывания А триггера 10 (фиг.3-2, момент t-j ) после чего все перечисленные операции повторяются. При импульсном сигнале на входе устройства (фиг.4-8) на выходе блока 1 появляется последовательность положительных и отрицательных импульсов , соответствующих фронтам импульсного сигнала (фиг.4 -9). Эти импульсы поступают на триггер 3, на выходе которого (фиг.4 10) при этом появляется последовательность импульсов положительной полярности, соответствукадих превышению входных импульсов над порогом срабатывания А триггера 3. Передним фронтом каждого из этих импульсов запускается одновибратор 4, формирующий импульсы отрицательной полярности длительностью 150-180 МКС (фиг.4-11),поступающие на второй вход сумматора 5, который может быть выполнен, например, на резисторах. На первый вход сумматора 5 поступают импульсы с выхода триггера 3. На выходе сумматора 5 образуется последовательность импульсов, длительность каждого из которых равна разности между импульсами с выхода триггера 3 и одновибратора 4, а полярность соответствует полярности большего по длительности импульса. В случае импульсногосигнала полярность импульсов на вьиодё сумматора 5 отрицательная, так как длительность импульсов с выхода триггера 3 меньше длительности импульсов одновибратора 4.

Формирователь б вырабатывает импульсы только в том случае, если на его вход поступают импульсы положительной полярности, поэтому в случае импульсного сигнала на входе форирователь б не запускается (фиг.4 13) . При-ЭТОМ состояние счетчика 7 за время т (фиг.3-5) не меняется. В счетчике 12 за время, не превышающее Т, Накапливается сумма, равная числу пересечений снизу вверх порога срабатывания А триггера 10 входньм сигналом. Поэтому во время импульса Вычисление (фиг.3-6) на входе блока В появляется код, соответствующий нулю. Этот код поступает на шифратор 13, который при этом формирует импульс на выходе, соединен ном с входом блока 14. Операции нахождения числа пересечений дифференци рованного предельно ограниченного, сигнала после селекции и лредельно ограниченного входного сигнала повторяются на соседних интервалах, при этом каждый раз вычисляется отношение этих чисел и каждое вычисленное отношение сравнивается с порогами. Если в блоке 14 набирается т (например, 5) импульсов из п (напри Мер, из 5), выходе появляется напряжение, свидетельствующее о наличии на входе устройства импульсного сигнала.

При речевом сигнале на входе устройства (фиг.5-8) на выходе блока 1 появляется аналоговый сигнал, пропорциональный производной входного сигнала. Это напряжение после усиления усилителем 2 (фиг.5-9) поступает на вход триггера 3, который в течение интервалов времени, когда входное напряжение выше порога срабатывания А триггера, формирует импульсное напряжение, поступающее на первый вход сумматора 5 и на вход одновибратора 4. Последний по каждому переднему фронту импульсного напряжения с выхода триггера 3 формирует отрицательный импульс длительностью ,150-180 МКС. На выходе сумматора 5 образуется разность импульсного напряжения положительной полярности с. выхода триггера 3 (фиг.510) и последовательности отрицатель-. ных импульсов с выхода одновибратора 4 (фиг.5-11). Спектр речевого процесса имеет небольшую спектральную

плотность в районе низких частот, .постепенно спадает с повышением частоты и практически сосредоточен в полосе частот до 2,8-3,3 кГц, т.е. число импульсов с выхода триггера 3, длительность которых меньше чем 150-180 МКС (т.е. частота выше 2,83,3 кГц), сравнительно невелико. Таким образом, число импульсов положительной полярности на выходе суммато0ра, ,5 примерно равно, числу импульсов с выхода триггера 3 (фиг.5-12). Формирователь б вырабатывает импульсы, число которых равно числу импульсов положительной полярности с выхода сумматора 5 (фиг.5-13).

5

На выходе формирователя 11-в этом же интервале времени формируется последовательность импульсов, временное -положение каждого из которых определяется моментом пересечения усилен0ным входным напряжением (фиг.) снизу вверх порога срабатывания А триггера 10.

,4acTOTai пересечений уровня А речеBfcw сигналом после дифференцирования

5 пршлерно вдвое выше частоты пересечения исходного речевого сигнала. Поэтому в счетчике 7 за время импульса Оценка (фиг.) накапливается примерно вдвое больше импульсов,

0 чем в счетчике 12. Во время действия импульса Вычисление (фиг.) на выходе блока 8 появляется код числа, соответствующего отношению чисел, накопленных в счетчиках 7 и 12

5

Оценка

Этот код постуза время

пает на вход шифратора 13 который при этом формирует импульс на выходе, соединенном с входом блока 15. Операция вычисления отношения осуществляется на каждом из п (фиг.3-5)

0 соседних интервалов длительностью, ие превышающей Т. Если в блоке 15 на капливается т, импульсов из п, на его выходе появляется напряя зние, что свидетельствует о наличии на входе

5 речевого сигнала.-.

Известно, что средняя частота речевого сигнала мужского голоса составляет 1390 Гц, т.е. значительно превышает минимально возможную час0тоту канала тональных частот. Таким Образсад, в случае речевого сигнала процесс распознавания осуществляется также за более, короткое время, так как импульсы Оценка на оз5вученных инте15валах, т.е. на интервалах времени, соответствующих гласньм звукам, имеют более короткую длительность, чем Т, что позволяет сократить длительность циклов

0 распознавания на озвученных интервалах, а следовательно, и длительность всего сеанса распознавания.

При входном сигнале, представляющем последовательность отрезков гармонических колебаний (например, час5тотно-манипулированный сигнал), дифференцирование не изменяет вида сигнала, т.е. сигнал по прежнему представляет собой последовательность отрезков гармонических колебаний. .Если частота отрезков гармонических колебаний не превышают 2,8-3,3 кГц, Число импульсов на интервале Оценка (фиг,3-5) с вьссода формирователя 6 равно или близко числу импульсов за тот же интервал времени на выходе формирователя И, В этом .случае на выходе блока 8 во время . действия импульса Вычисление ,..,(фиг.3-б) формируется код, соответствуниций единице. Этот код поступает на вход шифратора 13, который при этом формирует импульс на выходе, соединенном с входом блока 1 Если в блоке 16 накапливается т импульсов из п (например, 5 из. 5), на его выходе появл яется напряжение, что свидетельствует о наличии на вхо де последовательносхн отрезков гармонических; колебаний. Частоты гармонических колебаний для сигнала, представляющего собой последовательность отрезков гармонических колебаний, лежат,, в основном, в диапазоне от 1 до 2,5 кГц. Например, в соот ветствии с рекомендациями МККТТ характеристические частоты для частот но-манипулироэаиного сигнала зыбираются равными 1200 и ISOO Гц, а для фазоманипулированного сигнала несущая частота выбирается равной 1800 Гц. То же относится и к частотам сигналов селективного вызова. Поэтому использование предлагаемого устройства позволяет сократить длительность илшульсов Оценка в каждом из циклов работы предлагаемог устройства, а следовательно, и дли- тельность всего сеанса распознавания, .причем выигрьий тем больше, чем выше частота входного сигнала. Работа блока 17 управления происходит слеяуущуол образом, . В статическом состоянии до поступления наВХОД блока 17 положительного перепада, соответств5пацего пересечению порога А с входным напряжением в триггере 10, триггер 22 находится в ждущем состоянии. При этом на его выходе, соединенном с входом элемента И 29, присутствует нулевое напряжение, а на выходе, соединенном с входом элемента И 23 - единичное напряжение. В счетчике 34 .записан код, соответствующий условному нулю Формирователи 25, 27, 30, 32, 36 не формируют на выходах импульсов, а. на их выходах присутствует нулевое напряжение. На выходе одновибратора 38 присутствует единичное напряжение, а на выходе дешифратора 35 - нулевое напряжение. При включении питания одновибратор 38 по истечении интервала, доста- точного для окончания переходных процессов в элементах блока 17, формирует положительный перепад напряжения, поступакнций через элемент ИЛИ 24 на вход формирователя 25. Последний при этом формирует импульс . Сброс1, поступающий через элемент ИЛИ 26 на вход формирователя 27, а также на входы сброса триггера 22, счетчика 34 и четвертый выход блока 17. формирователь 27 формирует импульс Сброс, поступающий на соответствующие входы счетчиков 7 и 12 и устанавливакяций в них код, соответствующий условному нулю. Триггер 22 устанавливается в ждущее состолние, при котором на выходе, сое- i диненном с входом элемента И 29,. приЯ сутствует нулевое напряжение. При этом положительный перепад напряжения с выхода инвертора 28, соответ ствующий заднему фронту импульса Сброс , не проходит на вход формирователя 30 и формирования импульОценкаВычисление происходит. Все элементы блока 17 до поступления положительного перепада на его вход находятся в статическом состоянии. При поступлении на вход блока 17 положительного перепада напряжения свыхода триггера 10 в момент пересечения входньвл напряжением порога А (фиг., момент t)oH проходит через открытый элемент И 23 и элемент ИЛИ 24 на вход формирователя 25, Последний при этсял формирует импульс, поступающий на входы сброса триггера 23, счетчика 34 и через элемент или 26 на вход формирователя 27, Триггер 22 до поступления импульса Сброс 1 находится в ждущем состоянии, поэтому он не меняет своего состояния и напряжения на его выходах в момент t- остаются неизменнь и. Через интервал fg, после момента t на счетный вход триггера 22 поступает импульс, перебрасывающий его в состояние, при котором на его йнходах, соединенных с входами элементов И 29 и 23, появляются, соответственно единичное и нулевое напряжения. В таком состоянии триггер 22 остается до момента поступления очередного импульса Сброс 1 (т.е. до момента t , фиг.). При этом перепады напряжения с выхода триггера 10 на вход формирователя 25 не проходят. Длительность интервала 2 в элементе згшержки 20 выбирается немного меньше длительности импульса сброса. Положительный перепад напряжения с выхода ,инвертора 28, соответствующий заднему фронту импульса Сброс (фиг.) запускает формирователь 30 (фиг,, момент t), который в случае, если на его управляющий вход, являнхцийся дополнителиьньм входом блока 17, не поступает импульс, формирует импульс длительностью Т. Если на его управляющий .вход поступает импульс через интервал времени, меньший чем Т, что соответствует накоплению фиксированного числа «пульсов в счетчике 12, процесс формирования импульса Оценка прекращается, причем задний фронт импульса Оценка совпадает по времени с моментом поступления импульса с выхода формирователя 39.

Таким образом, введение последовательно соединенных дешифратора 18 и формирователя 19 импульсов между выходом второго счетчика 12 и дополнительным входсм блока 17 управления и изменение конструкции бгока 17 управления позволяет повысить

быстродействие устройства за счет учета информации о частоте входного сигнала и окончания процесса подсчета числа пересечений по накоплений фиксированного числа.

Сравнительный анализ предлагаемого и известного устройств показал, что предлагаемое устройство позволяет провести процесс распознавания входного сигнала за меньший интервал времени, т.е. имеет .большее быстродействие, причем выигрыш в длительности тем больше, чем выше частота входного сигнала.

Технико-экономическая эффективность описанного устройства для распознавания сигналов определяется его лучшими по сравнению с известными решениями техническими характеристиками..

1 ffl

п п пп г