Устройство для уровневого анализа электрических сигналов Советский патент 1990 года по МПК G06G7/52 

(Риг. /

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при создании устройств обработки изображений и распознавания образов.

Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности вычисления гистограммы.

Устройство осуществляет упорядочение последовательности входных сигналов | Х;|Ц - число входных сигналов, i в 1, N) по их величине и выделяет значение сигнала, соответствующего ранговой статистике 0 . Одновременно за время цикла работы устройства вычисляется гистограмма последовательности fx,-.

Множество сигналов |Х; представляет собой выборку сигналов, неупорядоченных по амплитуде. Амплитуда сигналов выборки лежит в диапазоне от до X д и может иметь как непрерывную (аналоговую), так и дискретную (многоуровневую) формы представления. Если упорядочить сигналы Х, Х, Х9,...,Х(|| в порядке возрастания их амплитуд, то получим набор порядковых статистик (вариационный ряд)

. 10 (4) (З) ) удовлетворяющий условщв

(N)

1

Сигнал X; является i-й порядковой статистикой, а его номер - i-рангом. Ранг вьщеляемой порядковой статистики задается величиной 0 , прила- гаемой к пороговому входу порогового элемента. Величина 0 выбирается так: если в выборке N сигналов требуется вьщелить i-ю порядковую статитику, то 9 .

Например, при , когда требуется вьщелить 1-ю порядковую статистику X , min I Х ,Х2,Х,.. .,

на пороговом входе порогового эле- мента 9 N+l-l N.

При , когда требуется выделить N-ю порядковую статистику

х/цл тах{х,, Х, Х.,..., 0 - H+1-N - 1.

При нечетном N(N 2/т+1; п 0,1,2,...) медиана вариационного

10

5

0

5

0

5

5

.„ 50

5

ранга имеет ранг п+1, чтобы ее вьщелить, необходимо задать 9 п+1.

Количество М уровней гистограммы (ячеек сдвигового регистра) задается исходя из диапазона изменения величин входных сигналов и уровня источника порогового напряжения и определяет ошибку вьщеления сигнала,соответствующего заданной ранговой статистике. Чем больше число уровней гистограммы, тем меньше величина ошибки вьщеления сигнала, соответствующего заданной ранговой статистике, для непрерывных (аналоговых) сигналов . При поступлении на вход устройства последовательности дискретизи- рованных по уровню сигналов величины уровней гистограммы должны соответствовать уровням дискретизации входных сигналов. При этом ошибка вьщеления входного сигнала, соответствующего заданной ранговой статистике, минимальна.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг, 2 - формирователь импульсов; на фиг. 3 - диаграммы работы устройства.

Устройство для уровневого анализа электрических сигналов содержит информационные входы устройства 1( - IM, источник 2 порогового напряжения, генератор 3 синхроимпульсов, сумматор А, суммирующий счетчик 5, ключ 6, суммирующие пороговые компараторы 7|,.,.,7н, блок 8 памяти результата вычислений, формирователь 9 импульсов, сумматор 10, пороговый блок 11, элемент 12 задержки, сумматор 13, сдвиговый регистр 14. Формирователь импульсов может быть выполнен по схеме, представленной на фиг.2, и включает в себя триггер 15, элементы И 16 и 17.

Работу устройства рассмотрим на примере, когда объем входной выборки N 10, распределение сигналов , ё is 10 имеет вид, показанный на фиг.За. Здесь U|, - величина порогового напряжения источника 2. Эпюра распределения напряжений Д; U, - - Xj, необходимых для появления единичных сигналов на выходах соответствующих компараторов 7, изображена на фиг.Зб. Предположим, что М 5 (число ячеек сдвигового регистра 14) и необходимо выделить 3-ю порядковую статистикуi то 9 10+1-3 8.

В момент времени t (фиг.Зв) на

вход счетчика 5 поступает 1-й синхроимпульс. На его информационном выходе появляется единичный сигнал (фиг.Зг). Этот сигнал поступает на управляннцие входы компараторов 7j и на положительный вход сумматора 4.Поскольку в момент времени t начинает

выполняться неравенство выходе компаратора ,o. появляется

то на единичный сигнал . Этот сигнал через сумматор 10 поступает на вход элемента 12 задержки и положительный вход сумматора 13. Поскольку в этот момент времени сигнал на инвертирующем входе сумматора 13 равен нулю, то сигнал записывается в первую ячейку сдвигового регистра 14 (фиг.Зе).

Сигнал и 10 с выхода сумматора 10 поступает также на информационный вход порогового блока 1, но так как величина 0 8, а 11,0 1 (), то на выходе порогового блока 11 сигнал отсутствует. Блок 11 срабатыва- ет в том случае, когда с выхода сумматора 10 сигнал превысит значение 9 8,

При подаче на вход счетчика 5 в момент времени t, второго синхроимпуль- са напряжение U на выходе счетчика равно двух единичных сигналов . Так как в момент времени t , выполняется неравенство U|.iA,, то на выходе компаратора 7 появляется единичный сигнал UL . С выхода сумматора 10 на вход элемента 12 задержки и положительный вход сумматора. 13 поступает сумма U,Q + и 2. Поскольку в этот момент времени сигнал на инвертирующем входе сумматора 13 равен , то на выходе сумматора 13 сигнал равен (и. + и) - и,о Uy I. Этот сигнал записывается в первую ячейку сдвигового регистра 14, которая в этот момент времени будет свободной.

так как сигнал U

10

записанный в нее

на предьщуцем такте работы генератора 3, к этому времени переместится ,в следующую ячейку сдвигового регистра 14.

При поступлении на вход счетчика 5 третьего синхроимпульса срабатьта- ют компараторы 7 и 7j, на выходе

10 сигнал равен U

сумматора

+ Ug+U } 4, ав сдвиговый

записывается разность (U о +

10 - и + регистр

U6 +

и

7 Т.Д.

+ и,) - (и ,0 + UT) и. + и.

5

0 5

0 5

5

0

0

5

При подаче четвертого синхроимпульса на выходе сумматора 10 сигнал равен и,о + U, + Ug + U + Ui + Ug +

+ и.

и, 8,

6 т.е.

8 достигнет значения . На выходе порогового блока 11 появляется единичный сигнал, который поступает на вход формирователя 9 импульсов. Так как триггер 15 находится в единичном состоянии, то на выходе элемента 16, а следовательно, и формирователя 9 появляется единичный сигнал (Аиг.Зж), который открывает ключ 6. При этом разность (U,,-Ur), вычисленная сумматором 4 и равная сигналу X (который имеет ранг ), через ключ 6 записывается в блок 8. При подаче следующего синхроимпульса на вход сброса формирователя 9 триггер 15 переходит в нулевое состояние и ключ 6 размыкается. Содержимое блока 8 остается неизменным до начала следующего цикла работы устройства.

3 момент времени t шестой синхроимпульс обнуляет выход счетчика 5 и с выхода переполнения счетчика 5 (фиг.Зз) поступает на входы сбросов блока 8 и элемента 12 задержки, обнуляя их содержимое. Этот синхроимпульс поступает также на установочный вход формирователя 9, переводя триггер 15 в единичное состояние.При поступлении следующего синхроимпульса начинается очередной цикл работы устройства.

Фо рмула изобретения

Устройство для уровнёвого анализа электрических сигналов, содержа- щее источник порогового напряжения, . ключ, первый и второй сумматоры,пороговый блок и N суммирующих пороговых компараторов, первые суммирующие входы которых являются соответствую- щимии информационными входами уст- . ройства, вторые суммирующие входы объединены, пороговые входы объединены и подключены к выходу источника порогового напряжения и первому входу первого сумматора, выход которого соединен с информационным входом ключа, вход задания порога порогового блока соединен с шиной задания ранга выделяемого входного сигнала, а информационный вход порогового блока подключен к выходу второго сумматора, отличающее-

с я тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности вычисления гистограммы, в нег введены последовательно соединенные генератор синхроимпульсов и суммирующий счетчик, элемент задержки, сдвиговый регистр, третий сумматор, блок памяти результата вычислений и формирователь импульсов, выход второго сумматора соединен с первым входом и через элемент задержки с вторым в ходом третьего сумматора, выход которого соединен с информационным входом сдвигового регистра, информационный вход блока памяти

От&я.З

результата вычислений соединен с выходом ключа, причем выход генератора синхроимпульсов соединен с управляющим входом сдвигового регистра и с входом сброса формирователя импульсов, информационный выход суммирующего счетчика соединен с вторыми суммирующими входами N суммирующих пороговых компараторов и с вторым входом первого сумматора, а выход переполнения суммирующего счетчика подключен к входам сброса блока памяти результата вычислений,элемента задержки и входом запуска формирователя импульсов.

Устройство для уровневого анализа электрических сигналов относится к области автоматики и вычислительной технике и может быть использовано при создании устройств обработки изображений и распознавания образцов. Устройство содержит источник 2 порогового напряжения, генератор 3 синхроимпульсов, сумматоры 4, 13, суммирующий счетчик 5, ключ 6, N суммирующих компараторов 7, блок 8 памяти результата вычислений, пороговый блок 11, элемент 12 задержки, формирователь 9 импульсов, сдвиговый регистр 14. Устройство кроме ранговой обработки осуществляет вычисление гистограммы последовательности входных сигналов. 3 ил.