Устройство для определения дисперсии коэффициентов хаара

 

О Il И С А Н И Е ()942042

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Соеэ Соввтскии

Социалистичвскии

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к от. свид-ву— (22)Заявлено 05.06.80 (21) 2977556/18-24 (51)M. Кл.

G 06 F 15/36 с присоединением заявки М (23 3 Приоритет

РкуанрстиеиыЯ квинтет

СССР нв двлаи нзобретениЯ н открытнЯ

Опубликовано 07.07.82. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 10.07.82 (53) УДК 681.325 (088. 8) В.К. Ковнацкий, А.В. Петров, Л.В. Слободчикова и Г.В. Стогов

1 (72) Авторы изобретения!

/

Г с с

1 (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ

КОЭФФИЦИЕНТОВ ХААРА гео (1 ).

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в системах автоматики для определения основных статистических характеристик коэффициентов разложе5 ния стационарного случайного поля двух переменных в базисе функций

Хаара.

Известно устройство для определения дисперсии, содержащее три сумматора, вероятностные двоичные элементы, счетчики, элементы И, тригДанное устройство не позволяет определить дисперсию коэффициентов

Хаара.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения дисперсии коэффициентов Хаара, содержащее. вероятностные двоичные элементы, выходы которых подключены к усреднителям, элементы И, запоминающий блок, 2 счетчик, реверсивный счетчик, блок управления, регистры чисел вычитателя (2).

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 имен" но 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

3 9420 входом устройства, усреднитель, блок запоминания, вычитатели, вероятностный дисперсиометр, введены (n-1) (n 3,4,5,...,тп+1) 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 (i=t,2,3,...,m) содержит (n-i) бло- 1о ков регистров, каждый 3-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 строки, информационные выходы блока регистра j -столбца i-ой строки за исклю"2о чением последнего блока регистров подключены к соответствующим информационным входам блока регистров (j+1) -ro столбца i-ой строки, первый и второй информационные выходы 25 последнего блока регистров каждой строки соединены с первым и вторым входами соответствующего сумматора, выход которого подключен к первому входу соответствующего вычитателя зо второй и третий входы которого соединены с третьим и четвертым информационными выходами блока регистров соответствующей строки, пятые информационные выходы (n-1)-го и (и-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 соединен 4в с пятым информационным входом блока регистров i-ой строки, шестой информационный выход (n-1) -го блока регистров первой строки подключен к шестому информационному входу (n-2)- 45 го блока регистров первой строки, управляющие входы блоков регистров соединены с соответствующими выходами блока управления, выходы вычитателей и дополнительного вычитатеJlR являются выхоаами устройства.

Блок управления содержит генера" тор 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

42 4 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.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.2структурная схема блока управления.

Устройство содержит матрицу из блоков 1 регистров, сумматоры, 2, вычитатель 4, 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 импуль сов строк, блока 14 элементов И, счетчика 15 импульсов столбцов.

Устройство работает следующим образом.

Для вычисления дисперсии коэффициентов разложения по системе Хаара весь квадрат (область наблюдения) бО„О Тпокрываем прямоугольной сеткой с шагом 4 =Т/М по одной оси и с шагои C = ЦЦпо другой оси (М й— общее число узлов сетки).

Оценка первого коэффициента разложения Хаара является среднеарифметическим значением всех (1 )отсчетов в узлах сетки оp g М-1 М-4

Со о щ " « р. 4 )

P=Q ь=о

В результате 1-кратного вычисления средних арифметических значений отсчетов в области задания 0 0<)>cy получаем набор случайных чисел

О,О

Соо (С.1, Gg С,..., СЕ )Далее по ним рассчитываем дисперсию согласно алгоритму и

3(C) =(И-<) Z (С„.-M(COo,) <,1

1-1

5 9420

Дисперсию коэффициента С можно б",5 рассматривать как функционал от числа точек фиксации (ММ) (5) 5

0 (C, ) р(рл и) — Ч (М; НВ -4) Аналогичным образом формируются дисперсии средних значений, соответствующие прямоугольникам второго и третьего столбца матрицы.

Значение этих дисперсий записываются соответственно в блок регистров второго и третьего столбцов. После этого по алгоритмам (4), (5) и (6) вычисляются дисперсии.

Коэффициенты Хаара разбиваем на группы, в которых дисперсии равны

В между собой и равны дисперсиям первых в этих группах коэффициентов

Хаара. Таким образом, находим дисперсии 6 х (оо1оо ) С (С(В4 )и () (Q>, е2 ) по следующим алгоритмам

35 б (СОЪ) =Чу (М; М) (4) В(Со1 ) 21-111+(М.)В)2т)

1 (< (1,4 ) -Я)4- „()44 -4

25 й/2 -")ч (elm ;и12" ).

-V(NjI2" М)2"1- )-1В(В()2 " -" М)2м1) зо .(Ь) где m=1 2, Л о(В и =1,2,3.. Л, ВЕСЯ(Для определения дйсперсии произвольного коэффициента разложения стационарного случайного поля по системе функций Хаара сначала вычисляют средние арифметические значения

35 отсчетов на соответствующих двоичных прямоугольниках квадрата(О,Т; 0;Tj, затем их дисперсии, и, наконец, по формулам (4 ), (5 ) и (6) определяют дисперсии коэффициентов Хаара.

Например, для формирования диспер сии(у (g „), g (С " ) и(р (С " )снача1

1 ла(формулируют дисперсии средних арифметических значений отсчетов случайного поля P(M; N),9(hA+),×(М,ф)и (М, < $ соответственно в двоичных прямоугольных квадратах<) (1,1), +(4,1),g (4,21 5о и 4(4, 3) . Затем по дисперсиям u) по алгоритму (5) рассчитывают дисперсии коэффициентов Хаара: а (с,, ) => )(м;и) В)-u (N;N));

1 () (с, " ):r fu(Nj;N)4)-В (м;NI2)3>

6В(C ) 2 31)1(NjjNIÂ)-9 (tA j NI4) 3

42 6

Рассмотрим работу предлагаемого устройства на примере вычисления дисперсий коэффициентов Хаара для слУчая m ))4ä)(п1 л)д)(=шуу)(()(=3 °

Отсчеты функции ЕЩ, U<) непрерывно поступают на элемент И 8. По команде из блока 9 управления нуж" ные отсчеты функции, соответствующие двоичным прямоугольным квадратам, начиная с с)1 1,1), 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 l таких значений,,а затем на вероятностный дисперсиометр 5, на котором определяется дисперсия Ц)(М,!Ч) по алгорит-, му (2) . Число, соответствующее дисперсии 41)(И;И), одновременно подается на все столбцы блоков l регистров, но по команде из блока управления оно записывается в четвер" том (самом нижнем) регистре сдвига блока 1 регистров первой строки и первого столбца матрицы блока регистров. Аналогичным образом формируется дисперсия среднего значения отсчетов функции Ч)(М/Я;)В1(2), соответствующая двоичному прямоугольному квадрату4Д2,1), 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 сдви-. га блока 1 регистров. Таким образом, путем последов.)тельного выталкивания из последующего регистра сдвига в предыдущий, начиная с четвертого, в блоке 1 регистров первой строки и первого столбца записываются сверху вниз дисперсии 1)(М,q),9(ÌÖ,Нф

+(jAJg ))))и В1) (p,tj!ô, соответствуВщие двоичным прямоугольным квадратам с(1, 1), Лг, 1),сй3, 1) и/(4, 1) .

942042

По команде из блока 9 управления числа из всех регистров последнего столбца блока 1 регистров подаются попарно на сумматоры 2, на вычитатели 3 и на отдельный вычитатель 4.

На выходе сумматора 2 третьей (самой нижней) пары сумматора с вычитателем вычисляется сумма дисперсий Ч(Ю!4 Я/4)+9(М/8МП4 подается на вы- 0

I читатель 3 этой пары, на котором вычисляется дисперсия коэффициента

Хаара

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 4 и вычитателе 3 первой пары сумматора с вычитателем вычисляются соответственно дисперсии коэффициентов Хаара второго столбца матрицы

Иножитель 2 учитывается путем

-4 сдвига. числа в регистре сдвига вычитатель 3 на четыре разряда

Ф вправо.

Аналогичным образом на выходе вычитателей 3 второй и первой пары сумматоров с вычитателями вычисляют-. ся дисперсии коэффициентов Хаара соответственно 5 (С " )и G (С " ), На отдельном вычитателе 4 вы30 числяется, дисперсия коэффициента

Хаара по алгоритму 5 по дисперсиям Ф(М,Й Ф) и Ф(М,М/9) содержащимся в четвертых регистрах сдвига блоков

1 регистров первой строки, второго

3$ и третьего столбцов матрицы регистров.

Таким образом, одновременно вычисляются дисперсии коэффициентов Каара четвертого столбца матрицы дисперсий: ф(о, ) g (c,, ) 6 (c"" )„ у (с@)

1 1

Далее по команде из блока 9, управления одновременно все числа переносятся из блоков 1 ре ги стров второго . столбца матрицы регистров в третий, а из первого - во второй столбец.

На отдельном вычитателе 4 и вычитателях 3 первой и второй пар . сумматоров с вычитателями формируются дисперсии коэффициентов Хаара, соответствующие третьему столбцу матрицы дисперсий:

6 (С о "„) и б (С „ „") °

Значение дисперсии <У (С Я 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 поля< (2,1). Для этого со счетчика строк подаются импульсы на блок 14 элементов И с номерами 5,6,7,8, а со счетчика столбцов - импульсы с номерами 1,2,3,4, В случае совпадения импульсов строк и столбцов в блоке 14 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

94204 для управления регистрами сдвига блока 1 регистров.

Технико-экономический эффект предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей,. а именно получении наряду с дисперсиями коэффициентов Хаара стационарного случайного процесса дисперсии коэффициентов Хаара стацио нарного случайного поля. 1О

Формула изобретения

1. Устройство для определения is 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения дисперсии коэффициентов Хаара стационарного случайного поля, в устройство введены (n-1) (n-3 4,5. °, m+1) 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 (i=1,2,3, ... р) содержит (n- i) блоков регистров, каждый )-ый столбец матрицы ()=

З,...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, информационные выходы блока регистров j-ro

45 столбца i-ой строки за исключением последнего блока регистров подключены к соответствующим информационным входам блока регистров +1) -го столбца i-ой строки, первый и вто50 р и ой информационные выходы последнего блока регистров каждой строки соединены с первым и вторым входами соответствующего сумматора, выход

2 10 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 (n-1) -го и (и-Z) -ro блоков регистров первой строки подключены к первому и второму входам дополнительного вычитателя, пятый информационный выход блока регист.ров (i+1) -ой строки j-столбца соединен с пятым информационным входом блока регистров i-ой строки, шестой информационный выход (n-1) -го блока регистров первой строки подключен к шестому информационному входу (n-2) -ro блока регистров первой строки, управляющие входы блоков регистров соединены с соответствующими вы" ходами блока управления, выходы вычитателей и дополнительного вычитателя являются выходами устройства.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я 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, счетчика импульсов столбцов и блока элементов И, при этом первый выход генератора тактовых импульсов через дели" тель 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 вхо" дам блока элементов И соответствующего канала, выходы блока элементов

И объединены и являются первым выходом блока управления.

I . Источники информации, принятые so внимание при экспертизе

1. Гладкий В.С. Вероятностные нш II вычислительные машины. М., Наука

1973, с.125.

2 ° Авторское свидетельство СССР

t" 642715, кл. Ь 06 F 5/36, 1978 (прототип).

942042

-Фиг,2

Составитель Л. Гоигорьян-Чтенц

Техред Т. Иато 4ка Корректор; Г. Огар

Редактор А. Лежнина

Филиал ППП Патент, г. мгород, ул. Проектная, Б д ЧЮЬЗ ", 711

8НИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035,.ÈoñKâà, Ж-35, Раушская нзб., д. 4/5