Вероятностный квантователь Советский патент 1980 года по МПК G06J3/00 H03K13/00 

Изобретение относится к преобразователям аналоговых величин в цифровые коды и может быть использовано в различных цифровых и аналого-цифровых вычислителях и вычислительных системах. Известен аналого-цифровой преобразователь, позволяющий осуществить операцию квантования вхойНой величины по уровню. При выполнении вычислительных операций над большими массивами кван- тсванных величин количество уровней квантования укладывается, как правило, в 3-4 двоичных разряда (операции осред нения, нахождения статистических оценок и т. д.) 1. Недостатком устройства является грубое квантование, которое приводит к накоплению, ошибок квантования. Наиболее близким по технической су1ц ности к предлагаемому является аналого цифровой преобразователь,-содержащий, генератор вспомогательного случайного сигнала, выход которого соединен с блоком сравнения J. Однако это устройство содержит дополнительно накапливающий цифровой сумматор, что усложняет конструкцию устройства. Цель изобретения - упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, что в вероятностный квантователь, содержи- щнй цифроаналоговый преобразователь, генерштор вспомогательного случайного напряжения, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, введен блок вычитания, первый вход которого является входом квантователя, а второй подключен к выходу ци(|чзоаналогового преобразователя, вход которого соедкнен с выходом блока сравнения. На фиг. 1 показана функциональная схема вероятностного квантователя; на фиг. 2 - структурная схема вероятностного квантователя; на фиг. 3 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства по фиг. 2.

Устройство содержит цифроаналоговый преобразователь 1, выход которого соединен со входом блока 2 вычитания, второй вход которого является входом вероятностного квантователя. Выход блока 2 соединен с первым входом блока 3 сравнения, второй вход которого подключен к выходу генератора 4 вспомогательного случайного напряжения. Преобразователь 1 формирует напряжение Uyfbj,), величина которого пропорциональна числу целых интервалов квантования ЛУ и подается на вход блока 2 вычитания, на другой вход которого подается входное напряжение U)( (fei,). В тот момент времени, когда наступит выполнение условия AU (tj, )r: ) - (Ь )/ 0,(1) -разностный сигнал, срабатывает блок 2, выходной сигнал которого поступает на вход блока 3 сравнения, где сравнивается со значением случайного напряжения, вырабатываемого на выходе генератора 4 в этот момент времени. По сигналу с выхода блока 3 происходит (или не происходит) вычитание I из числа, записанного в преобразователе и равного целому числу интервалов квантования, указывающихся в значении входной ве;1ичины Uyt)

Один из возможных вариантов построения схемы вероятностного квантования приведен на фиг. 2. В этом исполнении устройство содержит генератор 5 тактовых импульсов, элемент 6, реверсивный счетчик 7, элемент 8 задержки, датчик 9 равномерно распределенного случайного напряжения, преобразователь 1О коднапряжение, блок 11 сравнения, пороговый элемент 12, триггер 13, дифференциальный усилитель 14 постоянного тока пороговый элемент 15, входной сигнал поступает на вход 1,6, а код снимается с выхода 17. Существует дополнительный выход 18 синхроимпульса.

Работа вероятностного квантования (по фиг. 2) проиллюстрирована временными диаграммами (фиг. 3, а и б).

Перед началом работы счетчик 7 должен быть установлен в 0. Импульсы с выхода генератора 5 поступают на шину сложения счетчика 7 и через элемент 6на его счетный вход. Вследствие этого на входе усилителя 14, подключенном к выходу преобразователя 10, образуется нарастающее ступенчато-пилообразное напряжение Uy(jb). На другой вход усилителя 14 подается преобразуемое напряжение. В тот момент t. , когда наступит выполнение условия (1), сработает элемент 15, на выходе которого вырабатывается импульс (фиг. 2). Этот импульс поступает на вход триггера 13 и вход элемента 8 задержки. Разность Ди(Ь|,) подается на вход блока 11, где сравнивается с величиной напряжения и« (t-t ) I которое представляет собой случайный сигнал, равномерно распределенный в интервале квантования ЛU входного напряжения UK() Результат сравнения - разность напряжений

u -uttLV uct--,VUg(t|)

воздействует, на вход элемента 12. В том случае, когда на выходе элемента 12 - потенциал логической , в противном случае - логического О, передний фронт импульса с выхода элемента 15 заносит в триггер 13 значение, которое в этот момент было на выходе элемента 12, задним фронтом импульса триггер 13 сбрасывается в ноль. Выход триггера 13 соединен с шиной вычитания счетчика 7 и со вторым входом элемента ИЛИ 6. Поэтому по переднему фронту импульса с выхода триггера 13 реверсивный счетчик 7 уменьшает свое содержимое на единицу. Полученный код считывается с выхода 17 по заднему фронту импульса на выходе 18. Через некоторое время, задаваемое элементом задержки 8, импульсом с его выхода счетчик 7 сбрасывается в О, после чего устройство готово к новому циклу преобразования.

Таким образом, устройство (схема которого изображена на фиг. 1) работает как квантователь входной величины X с вероятностным законом квантования. Действительно, если X принимает значение . X еЧс (см. фиг. 2,6), где гДК4Х;4(1-И)АХ,

то квантованная величина X с вероятностью, численно равной , принимает значение .() и с вероятност ю (1 ) - значение . Пропорциональность между числовыми значениями этих вероятностей и значениями величин CIJ, обусловлена равномерным законом распределения в интервале ДХ вспомогательной случайной величины.

В определенных случаях возможна такая постановка задачи квантования по уровню, при которой генератором 4 вырабатывает случайное напряжение, значения которого подчинены любому наперед заданному закону распределения. Тогда зависимость между значениями величин и соответствующими вероятностями не будет линейной, а будет определяться значениями функции распределения случайного напряжения, вырабатываемого генератором 4.

Формула иообрегения

Вероятностный квантователь, содержащий цифроаналоговый преобразователь, генератор вспомогательного случайного напряжения, выхоц которого поцключен к первому входу блока сравнения, отличающийся тем, что, с целью упроШения, в квантователь введен блок вычитания, первый вход которого является вкодом квантователя, а второй подключен

к выходу цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с выходом блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР NJ 199508, кл. q 06 J 3/00, 1966.

2.Гладкий В. С. Вероятностные вычислительньге модели. М., Наука, 1973, с. 113 (прототип).

o;(t)

fc.2

4g.J