Устройство для кусочно-линейной аппроксимации Советский патент 1991 года по МПК G06F15/353 

1

И

ф п Seen блоком

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах цифровой обработки сигналов. Устройство осуществляет рекурсивное вычисление двух коэффициентов отрезка пряВхой мой линии, аппроксимирующего заданную функциональную зависимость по методу наименьших квадратос. Аппроксимация отрезка прямой линии проводится в скользящем режиме по N отсчетам сигнала, которые последовательно поступают на вход устройства. Устройство содержит группу последовательно соединенных регистров, первый и второй вычитатели, сумматор, первый и второй накапливающие сумматоры, элементы задержки и генератор тактовых импульсов, два умножителя и два делителя на постоянный коэффициент. За счет рекурсивных вычислений и параллельно-конвейерного режима работы данное устройство обладает повышенным быстродействием при сравнительно небольших схемотехнических затратах. 1 ил. Ј

4

IM

1

А. 1

i

12

13

-| faxodt

Выход

h-

Изобретение относится .; вычмьлигош- ной технике и может быть использовано а устройствах цифровой обработки сигналов с целью сглаживания зашумленных сигналов или линеаризации функциональных зависимостей.

Цель изобретения - упрощение устройства.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит два регистра 1, вычитатель 2, накапливающий сумматор 3, два умножителя 4 и 5 на постоянные коэффициент, два делителя 6 и 7 на постоянный коэффициент, сумматор 8, вычитагель 9, накапливающий сумматор 10, генграюр 11 тактовых импульсов, два элемента 12 м 13 задержки, группу (N - 1) последовательно соединенных регистров.

Устройство реализ гг алгоритм скользящей кусочно-линейной аппроксимации функции или сигнала, заданного в виде последовательности его отсчетов в ровные промежутки времени, Длм каждой -очки К отсчета в устройстве вычисляются два параметра 3k и Bk линейной аппроксимации вида у ak + bk х. Значения параметров огрезм прямой линии определяются по методу наименьших квадратов с использованием N последовательных отсчетов сигналя для каждой точки k, т.е. по слс-дующим соотношениям.

1N 1

ak -м- 2 k -1 :

Ni о

N -1

bk 2 ( I - I ) х к

- - - I

где xk - k-й отсчет входного сигнала т,е. k-e число входной последовательности чисел); (N - 1)/2. Отсчеты входного сигнала (Функции) поступают ни вход устройства последовательно, а значения av: и bk вычисляют на основе рекуррентных соотношений с у-с пользованием результатов вычислений дл;1 (k - 1)-го отсчета. Перед начатом работы устройства все (N + 1) буферные регистры 1 устанавливаются в О , Обычно общее число отсчетов входного сигнала m значительно превышает N - длину отоезка аппрокспма ции(). Таким обраг-..-м, отрезок прямой линии длиной в N отсчетов скользит по сигналу.

Устройство работает следуащмм образом.

В каждом такте работы устройства прч поступлении очередного числа (отсчет а) хи на вход устройства происходит его запись в первый регистр 1 и перезапись кодов пре дыдущих отсчетов в N остальных регистрах

-Л г.

(О

и

O

5

Та лм образом, в каждом такте на выходе первого регистра 1 имеем значение Xk, У на выходе ()-го регистра 1 значение хк-п. Вычисление значения первого параметра ak отрезка прямой линии реализуется на основе следующего рекуррен того соотношения Sk S k 1 + хч - х k - N ,(2)

где Sk - число на выходе первого накапли- ающегс сумматора 3 в k-м гакте работы устройства, равное сумме N последовательных отсчетов, з Si;-4 - число hj выходе сум- мэтору 3 а предыдущем такте. Деление накопленной сумму Sk ч N реализуется типично погргдс JOM дглнтеля на б, на вход чотг-р «го и -упав-, го/: 5k Второй napawp угпо.-.ой клэффициочт bk также вычш.пйвгс ; с испольпоочкис.л рекуррент- могс готн лиения

XI )

ck -Ck-i --Sk -14 -V

В

k -N +

/

N f i,„.

.(3)

i qe Ck- знячпни ; накапливающе- ff сумматоо. 10, KOTcnoo равно

N - 1

Ck Г, ( - Ux -1

I -0

В соотношении , умножение xk и xk-v i . ссответс. - постоянные хоэффици енгы рвализуетсг устройстве табЛ1/; 0 С HCriOj.l jOHilHMei i бЛЭКОВ ПОСТОЯННОЙ

памч)И. Е каждом та.че работы устройства сумматор Р вычисляет с мму двух отсчетов, множе.1И на соответствующие весовые коэффициенты. Вь читатель 9 реализует операцию вычитания з полученной суммы Sk на выходе накапливающего cyf.MPTOpa 3. Для получения значения bkfle- гение на постоянный коэффициент, равный

0

45

50

55

Ј ,2 лсм1т а

, А,12

реализуется таПгично с помощью делителя 7.

Данное устройство рабо;аЈт в параллельно-конвейерном режиме, т.й вычисления во все составных блоках устройства проводятся од овременно в каждом гакте работы устройства, который задается ГТИ 11, Для гтого в состав комбинационных схем устройства, таких как вмчитатели и сумматор, пходят региптры-фиксаторы, в которых фиксируются результаты вычислений при поступлении синхроимпульсов от ГТИ 11.

Например, если в данном такте в накяп- «тмзающ :м сумматоре 3 вычисляется сумма N отсчетов сигнала Sk относительно k-ro от- счетч. о в -JTOM же такте одновременно вычисляется разность (xk 1 - х -w - ;)

относительно (k - 1)-го отсчета, а делитель б таблично реализует деление на N суммы Sk+i вычисленной относительно i + 1) - го отсчета. Таким образом, в каждом такте работы устройства на выходах устройства присутствуют значения двух параметров ai и bi отрезка прямой линии длиной в N точек отсчета входного сигнала, вычисленные относительно отсчета xi сигнала на входе устройства.

Формула изобретения Устройство для кусочно-линейной лп ,- росимации, содержащее двг регистр, первый вычитатель, первый накашивающий сумматор, сумматор, два умножителя на постоянный коэффициент, генератор тактовых импульсов, информационней вход устрой ства подключен к входу первого регистра, выход которого соединен с входом уме ь- .ияемого первого пычмтателя, вход вычитаемого которого соединен с выходом второго регистра, выход первого /множителя на постоянный коэффициент соединен с первым входом сумматора, отличающееся тем что, с целью упрощения, устройство сод ,:- жит второй накапливающий сумматор, в«о- рой вычитатель. два элемента задержки, два делителя на постоянный коэффициент и группу (N - 1) последовательно . оеди г-.н- ных регистров, причем выход первого регистра соединен с входом первого умножителя на постоянный коэффициент и с входом паевого регистра i руппы (N - 1) последовательно соединенных регистров, выход по- 5 следнего регистра которой соединен с входом второго регистра, выход которого соединен с зходом второго умножителя на постоянный оэффициент. выход которого соединен с пьрвым входом сумматора, ето0 зход и выход которого соединены соот- вептвечно с выходом первого умножителя на постоянный коэффициент и с входом yvieHstuaeMvo ..торого вычитэтеля, выход K-voporo cc -VJTiHcib с г-ходом гепвого накап5 л:1ваю:дего сумматссо. г.чход которого сое- дя чен с входом первпо делителя на постоянней коэффич нт, выход которого ЯВДГ.ЛСЯ первыг.- в одом устройства, вы- перпого ычитгтьлг соединен с входом

0 etC|joro,накапливак.щего суммаюза, вы..од которого соединим входом вычитаемого второго вь митаюгл - ереэ диа последова- спединс ных элемента задержки к вхс гу второго /ч лите/гя нч постоянный vo5 лфАмц ент, вычод «оторс. О является пто- рым чыходсм ус гройствс, выход генератора тактовых иг пч/ль( оа со линен с синхровхо- дамк всех регистре i, /диу . (. Чч--1тспей, деух накаплинаил их умчак , сумматора и

д двух з eмёнroa a/;f. ожки.