Устройство для определения дисперсии коэффициентов Хаара Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 G06F17/14 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в системах автоматики для определения основных статистических характеристик коэффициентов разложе ния стационарного случайного поля двух переменных в базисе функций Хаара. Известно устройство для определе ния дисперсии, содержащее три сумма тора, вероятностные двоичные элементы, счетчики, элементы И, триггео 1 . Данное устройство не позволяет определить дисперсию коэффициентов Хаара. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ус ройство для определения дисперсии коэффициентов Хаара, содержащее вероятностные двоичные элементы, вы ходы которых подключены к усреднителям, элементы И, запоминающий бло счетчик, реверсивный счетчик, блок управления, регистры чисел вычитателяС2. Однако устройство не позволяет определять дисперсии коэффициентов разложения стационарного случайного поля двух переменных в базисе функции Хаара по дискретным значениям поля в узлах прямоугольной сетки, наложенной на некоторую область. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, а именно получение наряду с дисперсиями коэффициентов Хаара стационарного случайного процесса дисперсии коэффициентов Хаара стационарного случайного поля. Для достижения поставленной цели в устройство для определения дисперсии коэффициентов Хаара, содержащее блок управления, первый выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого является входом устройства, усреднитель, блок запоминания, вычитатели, вероятностный дисперсиометр, введены (п-1) (,,... jTH+l) сумматоров, дополнительный вычитатель и матрица из n(n-1)/2 блоков регистров, каждый из которых содержит по четыре последовательно соединенных регистра сдвига, каждая i-ая строка матрицы (,2,3,... ,1п) содержит (n-i) блоков регистров, каждый j-ый столбец матрицы содержит j блоков регистров при этом выход элемента И через последовательно соединенные усреднитель и блок запоминания подключен к входу вероятностного дисперсиометра, выход которого соединен с информационными входами первых регистров каждой стро ки, информационные выходы блока регистра j-столбце i-ой строки за искл чением последнего блока регистров подключены к соответствующим информационным входам блока регистров (j+1)-ro столбца i-ой строки, первый и второй .информационные выходы последнего блока регистров каждой строки соединены с первым и вторым входами соответствующего сумматора, выход которого подключен к первому входу соответствующего вычитателЯу второй и третий входы которогт) соединены с третьим и четвертым информа ционными выходами блока регистров соот ветствующей строки,пятые информационные выходы (п-1)-го и (п-2)-го блоков регистров первой строки подключены к первому и второму входам дополнительного вычитателя, пятый информационный выход блока регистров (1+1)-ой строки j-ro столбца соедине с пятым информационным входом блока регистров i-бй строки, шестой информационный выход (n-l)-ro блока регистров первой строки подключен к шестому информационному входу (п-2)го блока регистров первой строки, управляющие входы блоков регистров соединены с соответствующими выходами блока управления, выходы вычитаталей и дополнительного вычитатеЛЯ ЯВЛЯЮТСЯ выхоаами устройства.

Блок управления содержит генератор тактовых импульсов,.делитель , частоты, счетчик импульсов матрицы ,и К идентичных каналов, каждый из которых состоит из счетчика импульсов строк, счетчика импульсов столбцов и блока элементов И, при этом

о,,

Далее по ним рассчитываем дисперсию согласно алгоритму

D(C)4M-l).2 C--Mlc0.f

(2)

0,01-1первыи выход генератора тактовых импульсов через делитель частоты подключен к счетчику импульсов матрицы, выходы которого являются соответствующими выходами блока, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с входами счетчика импульсов строк и счетчика импульсов столбцогв,; выходы которых подключены к первому и второму входам блока элементов И соответствующего канала, выходы блока элементов И объединены и являются первым выходом блока управления. На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг о 2структурная схема блока управления. Устройство содержит матрицу из блоков 1 регистров, сумматоры. 2, вычитатель k, вероятностный дисперсиометр 5, блок 6 запоминания, усреднитель 7, элемент И 8, блок 9 управления. Блок управления состоит из генератора 10 тактовых импульсов (ГТИ, делителя 11 частоты, счетчика 12 импульсов матрицы, счетчика 13 импульсов строк, блока 1 элементов И, счетчика 15 импульсов столбцов. Устройство работает следующим образом. Для вычисления дисперсии коэффициентов разложения по системе Хаара весь квадрат (область наблюдения -l 2- пoкpывaeм прямоугольной сет ой с шагом ti -Т/М по одной оси и с шагомГ2;::Т/Ыпо другой оси(МКобщее число узлов сетки}. Оценка первого коэффициента раз ожения Хаара является среднеарифметимеским значением всех (мм)отсчетов в узлах сетки 0,0 N,. .... s s i(tip,tr,iS; 0,0 p-09-0 r z / В результате 1-кратного вычисления средних арифметических значений отсчетов в области задания получаем набор случайных чисел Дисперсию коэффициента можно рассматривать как функционал от числ точек фиксации () CJHC°P,)--T(M,N) Коэффициенты Хаара разбиваем на группы, в которых дисперсии равны I между собой и равны дисперсиям первых в этих группах коэффициентов Хаара. Таким образом, находим дисперсии c3Mc°g),, , по следующим алгоритмам )--4(MiN)(4) ,) -- (,N|i)-SCWiNK -)}(5) 5Cci; J-l - -™-} V( (м 12 1;м|2)- vf CMI N14.-)- S CM I N l) где ,2,... n,,2,3.. .m, Для определения дисперсии произвольного коэффициента разложения стационарного случайного поля по системе функций Хаара сначала вычисляют средние арифметические значени отсчетов на соответствующих двоичных прямоугольниках квадрвта о,Т-, ОД, затем их дисперсии, и, наконец, по формулам С ) (5) и (6) определяют дисперсии коэффициентов Хаара. Например, для формирования диспер .) и cJfJcнaчaла форм ируют дисперсии средних арифметических значений отсчетов случайного поля 7(A.N),-)Л(л,т);.тЬ соответственно в двоичных прямоуголь ных квадратах лХ1 ,1, сСС, ,о. ,2 ,3. Затем по дисперсиям 7 по алгоритму (5) рассчитывают дисперсии коэффициентов Хаара: )--list/AiNiO-Hlw;N)j, .).(.MiN 14)- (W;N(2)J ОЧ C°p-iinM;N/ft)-MIM , N14) .(6 Рассмотрим работу предлагаемого устройства на примере вычисления дисперсий коэффициентов Хаара для случая ,(). Отсчеты функции f(U, Ц) непрерывно поступают на элемент И 8. По команде из блока 9 управления нужные отсчеты функции, соответствующие двоичным прямоугольным квадратам, начиная co/D,lJ, поступают через элемент И 8 на усреднитель 7, где определяется среднее арифметическое значение отсчетов стационарного случайного поля. Далее это среднее арифметическое значение подается на блок 6, где запоминается 1 таких значений,Jа затем на вероятностный дисперсиометр 5, на котором определяется дисперсия M CMfN) по алгорит-. му С2) . Число, соответствующее дисперсии ), одновременно подается на все столбцы блоков 1 регистров, но по команде из блока управления оно записывается в четвертом (самом нижнем регистре сдвига блока 1 регистров первой строки и первого столбца матрицы блока регистров. Аналогичным образом формируется дисперсия среднего значения отсчетов функции MC /ijN/i), соответствующая двоичному прямоугольному квадратуо(Г2,1 , и подается на четвертый регистр сдвига блока 1 регистров первой строки и первого столбца матрицы блока регистров. При этом по команде из блока 9 управления число из четвертого регистра сдвига переписывается в третий регистр сдвига блока 1 регистров. Таким образом, путем последовJтeльнoгo выталкивания из последующего регистра сдвига в предыдущий, начиная с четвертого, в блоке 1 регистров первой строки и первого столбца записываются сверху вниз дисперсии MlM., 4(W|2,N)n Ч (М,, соответствующие двоичным прямоугольным квадратам ctIl.n,ott2,l,oLi:3,l Ио/С1,1. Аналогичным образом формируются дисперсии средних значений, соответствующие прямоугольникам второго и третьего столбца матрицы. Значение этих дисперсий записываются соответственно в блок 1 регистров второго и третьего столбцов. После этого по алгоритмам (il, ,5) и С6) вычисляются дисперсии. По команде из блока 9 управления числа из всех регистров послед него столбца блока 1 регистров под ются попарно на сумматоры 2, на вы читатели 3 и на отдельный вычитатель k, На выходе сумматора 2 третьей ( самой нижней пары сумматора с вычитателем вычисляется сумма дис- Персии 4(W/4,NMM(M/M/eii подае.тся на читатель 3 этой пары, на котором вычисляется дисперсия коэффициента Хаара 5Hci; - -14.iV4viV , -чи)-Чтт)1: Множитель 2 учитывается путем сдвига числа в регистре сдвига вычитатель 3 на четыре разряда вправо. Аналогичным образом на. выходе вычитателей 3 второй и первой пары сумматоров с вычитателями вычисляют ся дисперсии коэффициентов Хаара соответственно ОЧс риб Сс:;;). На отдельном вычитателе в числяется дисперсия коэффициента Хаара по алгоритму 5 по дисперсиям Ч (М,М/4)и yCMiN/g)содержащимс в четвертых регистрах сдвига блоко 1 регистров первой строки, второго и третьего столбцов матрицы регист ров. Таким образом, одновременно вычи ляются дисперсии коэффициентов Хаара четвертого столбца матрицы дисперсий;оЧс5;;)АЧс5;;).еПс;;;) Далее по команде из блока 9, управления одновременно все числа пере носятся из блоков 1 регистров второго столбца матрицы регистров в третий, а из первого - во второй столбец. Иа отдельном вычитателе и вычитателях 3 первой и второй пар сумматоров с вычитателями формируются дисперсии коэффициентов Хаара, соответствующие третьему столб цу матрицы дисперсий: По команде из блока управления одновременно все числа из блоков 1 регистров второго столбца переносятся в третий. Одновременно с этим число из первого регистра сдвига блока 1 регистров первой строки третьего столбца подается на четвертый регистр сдвига блока 1 регистров сдвига первой строки второго столбца. На отдельном вычитателе Ц и .вычитателе 3 первой парысумматора с вычитателем вычисляются соответственно дисперсии коэффициентов Хаара второго столбца матрицы cJfjMa CcV). Значение дисперсии СГ(С снимается с первого регистра сдвига блока 1 регистров сдвига первой строки третьего столбца. Блок управления работает следующим образом. На вход элемента И 8 подаются построчно все содержимые в отдельном блоке памяти отсчеты случайного поля. Подача отсчетов осуществляется в такте с частотой, вырабатываемой в ГТИ. В счетчиках строк и столбцов осуществляется подсчет соответственно строк и столбцов случайного поля. Каждому столбцу и строке соответствует отсчет, т.е. осуществляется подсчет номеров отсчетов. Например, необходимо подать кадр случайного поляс 2,1. Для этого со счетчика строк подаются импульсы на блок 1 элементов И с номерами 5,6,, а со счетчика столбцов - импульсы с номерами 1,2,3,. В случае совпа- дения импульсов строк и столбцов в блоке Т вырабатываются команды, которые поступают на элемент И 8. Номер отсчета поступает на усреднитель 7. Число ячеек, в которые входят счетчик строк, счетчик столбцов и схема совпадения, равно числу элементов матрицы. Импульсы от ГТИ подаются также на делитель частоты,.в котором частота ГТИ делится в П х К раз. Такая частота необходима для того, чтобы кадры, содержащиеся в строке К отсчетов, повторились П раз и запомнились в запоминающем блоке 6. С делителя частоты импульсы поступают на счетчик импульсов матрицы, в котором они подсчитываются, и на соответствующем выходе выдаются импульсы для управления регистрами сдвига блока 1 регистров. Технико-экономический эффект предлагаемого устройства заключаетс в расширении функциональных возможностей , а именно получении наряду с дисперсиями коэффициентов Хаара , стационарного случайного процесса дисперсии коэффициентов Хаара стаци нарного случайного поля. Формула изобретения 1. Устройство для определения дисперсии коэффициентов Хаара, содержащее блок управления, первый выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого является входом устройства, усреднитель, блок запоминания, вычи татели, вероятностный дисперсиометр отличающееся тем, что, с целью расширений функциональных возможностей за счет определения дисперсии коэффициентов Хаара стационарного случайного поля, в устройство введены (п-1) (,5.t, m+1) сумматоров, дополнительный вычитатель и матрица из п(п-1)/2 блоков регистров, каждый из которых содержит по четыре последовательно соединенных регистра сдвига, каждая i-ая строка матрицы (,2,3,... ,ш) содержит (n-i) блоков регистров, каждый j-ый столбец матрицы (j 3,,.,m) содержит j блоков регистров при этом выход элемента И через последовательно соединенные усреднитель и блок запоминания подключен к входу вероятностного дисперсиометра, выход которого соединен с информационными входами первых регистров каждой строки, информацио ные выходы блока регистров j-ro столбца i-ой строки за исключением последнего блока регистров подключены к соответствующим информацион ным входам блока регистров (j+l)-го столбца i-ой строки, первый и второй информационные выходы последне блока регистров каждой строки соединены с первым и вторым входами соответствующего сумматора, выход 210 которого подключен к первому входу соответствующего вычитателя, второй и третий входы которого соединены с третьим и четвертым информационными выходами блока регистров соответствующей строки, пятые информационные выходы (п-1)-го и(г-2)-го блоков регистров первой строки подключены к первому и второму входам дополнительного вычитателя, пятый информационный выход блока регист-ров (1+1)-ой строки j-столбца соединен с пятым информационным входом блока регистров i-ой строки, шестой информационный выход (п-1)-го блока регистров первой строки подключен к шестому информационному входу (п-2)-го блока регистров первой строки, управляющие входы блоков регистров соединены с соответствующими выходами блока управления, выходы вычитателей и дополнительного вычитателя являются выходами устройства. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов, делитель частоты, счетчик импульсов матрицы и к идентичных каналов, каждый из которых состоит из счетчика импульсов строк, счетчи ка импульсов столбцов иблока элементов И, при этом первый выход генератора тактовых импульсов через делитель частоты подключен к счетчику импульсов матрицы, выходы которого являются соответствующими выходами блока, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с входами счетчика импульсов строк и счетчика. импульсов столбцов, выходы которых подключены к первому и второму входам блока элементов И соответствующего канала, выходы блока элементов И объединены и являются первым выходом блока управления. I - , .Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Гладкий В.С„ Вероятностные вычислительные машины. М., Наука, 1973, с.125. 2.Авторское свидетельство СССР ff , кл. & 06 F -.5/36, 1978 (прототип).

Фиг 1

.J

аг.2