Сигнатурное цифровое сглаживающее устройство Советский патент 1984 года по МПК G06F17/17 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах -и устройствах для сглажийаниястационарных и медленноменяющихся случайных процессов.

Известно цифровое сглаживающее устройство, реализующее рекурсивный алгоритм экспоненциального сглаживания, содержащее сумматоры, регистры, генератор иг--пульсов, элементы задержки, И и ИЛИ Г1 .

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

Кроме того, известен сигнатурный рекурсивный алгоритм сглаживания Фабиана

.+ с sign (х, - у.), (1) где Х-f ч п-т текущие дискреты исхо ной и сглаженной дискретной последовательностиГ + 1, если {х„-.,)о s -S - rT-iH О если (.(2 i-1, если(,)о Поскольку 3 цифровой обработке СИ-налов минимальное приращение целочисленных двоичных дискрет равно единице (один бит), то,принимая а из (1) имеем выражение ) ( которое может быть реализовано в устройстве, содержащем сумматор (ил компаратор), определяющий знак отклонения (Хп ь. текущей дискреты от оценки математического ожидания (медианы) сглаживаемого случайного процесса, два элемента И и реверсив ный счетчик, реализующих непосредственно сигнатурную функцию, блок управления режимами работы, содержащий два формирователя импульсов, счетчик, два элемента и триггер .С23 Однако устройство, отличаясь существенной простотой, имеет малую точность сглаживания. Цель изобретения - увеличение то HtDCTH сглаживания. Для достижения этой цели предложена следующая модификация алгори ма .сигнатурного сглаживания (- -C fr-v-V,)Х/Х .-V 1 V -J n-jMf (4) где j,i(i), пг(2Тг1)- серия отклонений одного знака подряд, причем

если Z О

(5) если Z - О

Принцип сигнатурного сглаживания основан на свойстве симметрич- ности кривой плотности распределения вероятностей сглаживаемых случайных процессов, т.е. появление + „.,„ отклонений текущих дискрет процесса от его медианы для большинства известинце типов распределений ( нормального, равномерного, Симпсона и др,) равновероятно ( То же можно утверждать о вероятнпсгти появления разнознаковых серий m отклонений одного знака подряд, которая для .статически независимых случайных процессов подчиняется геометрическому закону распределения

--гл1 /1Г

Р(х.

(t) U/

где lz(,M ). В соответствии с условием (5) сигнатурная функция (2) реализуется в (4) не с каждым тактом, а только при достижении заданной серии m откхонений одного знака подряд. Н-апример, при сглаживании фрагмента дискретной последовательности объемом п- 96 дискрет при m i выходная оценка математического ожидания сглаживаемой реализации получила бы 96 единичных приращений обоих знаков, в то время как при т 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 (м 1. Поставленная цель достигается тем, что в сигнатурное сглаживающееустройство, содержащее сумматор, выход которого соединен с входом эле мента 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 соединенсо 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, выход которого соединен с вторым.входом первого элемента ИЛИ, выход старшего разряда nepBort 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 су ммирующему и вычитающему входу реверсивного счетчика информационный вход которого объеди нен 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 соедине 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 О 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 подключ.ен 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 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 элемента И 10 и реверсивный счетчик 11, блок формирования серий 12, содержащий счетчик 13 (серий m отклонений одного знака подряд), компа ратор 14, регистр 15, элементы И 16 ИЛИ 17 и задержки 18, информационный вход 19, вход задания параметров 20, информационный выход 21 и такто вый (управляющий) вход 22. Устройство работает в двух режимах. В первом режиме - режиме сглажив ния - после образования в первом та те на выходе сумматора 1 знака теку щего отклонения (.) тактирующий импульс со входа 22 через блок формирования серий 12, элемент задержки 18 и элементы И 10 (при разрещении от триггера 8 блока управления J) формирует во втором такте приращение 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 М отклонений одного знака подряд, причем величина М должна исключить появление такой серии на стационарном режиме. Пусть , тогда из (6) имеет Р()1/256- О,004, iT.e. вероятность появления такой серии на стационарном режиме практически равна 4 из 1000. Величина М 8 определяет емкость счетчика б. 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, который устанавливает триггер 8 в 1. Последний разрешает прохождение тактирующих 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 неизбежнее 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 12|т отклонений одного знака подряд работает следующим образом. Со входа 20 в регистр 15 перед началом работы устройства записывается значение серии, определяющее заданную степень сглаживания, например . При совпадении кодов со счетчика 13 и регистра 15 компаратор 14 с выходной шины выдает высокий (1) потенциал, который разрешает прохождение задержанного элементом задержки18 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

заданной серии () отклонений одного знака подряд, чем и достигается заданная степень сглаживания.

данное изобретение увеличивает дазчнооть сглаживания по сравнению с прототипом, причем степень сглаживания можно менять путем задания величины серии в диапазоне м 41 / 7) Для данного устройства при выбранном «т характере постоянная величина выходного значения дисперсии сглаженного процесса независима от ее уровня на входе, поэтому больше на в.ходе , тем выше эффективность сглаживания.

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.