DE1809914B2 - Analog-Korrelator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Analog-Korrektor mit durch die Abtastvorrichtung erzeugte Signalkombinaeine orthogonale Matrix von Kreuzungspunkten bil- tion bezeichnet. Die vorliegende Erfindung betrifft denden Treib- und Abtastleitungen und mit an aus- weder die Wahl der Gewichte innerhalb der Bezugsgewählten Kreuzungspunkten angeordneten Reaktan- ebenen noch die Bestimmung der Schwellwerte für zen zum Einkoppeln elektrischer Größen in die Ab- 5 die einzelnen Bezugsebenen. Diese werden durch den tastleitungen entsprechend den an den Treibleitungen Benutzer des Korrelators abhängig von dem vorgeseanliegenden elektrischen Größen. henen Verwendungszweck bestimmt. In einem Aus-Derartige Analog-Korrektoren dienen zur Korre- führungsbeispiel der Erfindung wird nach einem belation von Eingangsgrößen, die die Quantisierung un- kannten Verfahren der Schwellwert T₁ (allgemeiner bekannter Analoggrößen darstellen, mit einer Viel- io als Taragewicht bezeichnet), der für jede Bezugsebene zahl von in Festwertspeichern gespeicherten Bezugs- gespeichert ist, von der Summe der Gewichte subgrößen. Im einzelnen dient die Erfindung zur Korre- träniert, so daß zur Ermittlung der Bezugsebene, der lation einer als Eingangswort bezeichneten Binär- der unbekannte Buchstabe zugehörig ist, nur ein einzahl, die die Quantisierung einer unbekannten Ana- ziger Null-Schwellwertdetektor notwendig ist; d. h., loggröße darstellt, mit mehreren in Reaktanz-Fest- 15 der Eingangsvektor wird dann als Normale zur /-ten wertspeichern enthaltenen Bezugswörtern, wobei eine Bezugsebene bezeichnet, wenn die folgende Gleichung Berechnung der Summe erfüllt ist:

η η

u= y Uiw_r. y U₁ wu- τ,>0.

1=1 20 i=l

benutzt wird. In dieser Gleichung bedeutet Die Anwendung eines Gerätes, das mit obiger

Gleichung in einem Zeichenerkennungssystem arbei- U₁ das z-te Bit des Eingangswortes, _{tet> ist beschrieben in einem Artike}i _{von Tunis et a}l.

W₁₁ das z-te Gewicht des /-ten gespeicherten 25 in »IEEE Spectrum«, Juli 1967, S. 72.

Bezugswortes. Eine Möglichkeit zur Lösung der obigen Korrela

tionsgleichung ist die Programmierung eines Digital-

Diese Art der Beziehung geht besser aus der fol- rechners zur Berechnung der Gleichung. Dieses Vergenden starken Vereinfachung hervor: Ein eine Un- fahren ist jedoch bezüglich der erforderlichen Zeit bekannte darstellendes Eingangswort wird mit vielen 30 und des technischen Aufwandes sehr unrationell. Bezugswörtern verglichen, um festzustellen, ob es in Es wurden auch Vorschläge zur Verwendung von

eine der Bezugskategorien gehört. Reaktanzen für die Speicherung der Analogwerte der

Die Anwendung von Korrektoren, die die oben Gewichte jeder Ebene unterbreitet. Ein derartiger angegebene Summe berechnen, liegt im Bereich der Vorschlag wurde von Nagy beschrieben in 1966 Zeichenerkennung, der Spracherkennung und anderer 35 IEEE International Convention Record, Part 3, Com-Arten der Informationsgewinnung, die sich durch die puter, S. 61 bis 68, »Parallel Matrix Multiplier Using obige oder eine ähnliche Gleichung ausdrücken lassen. Read-Only Array«, März 21 bis 25, 1966. Nagy

Zum besseren Verständnis der Korrektoren über- schlägt die Verwendung eines kapazitiven Speichers haupt sei kurz ein Anwendungsbeispiel eines Korre- mit Kapazitätskarten vor. Durch das Speisen der lators in einem bekannten Zeichenerkennungssystem '40 Treibleitungen in binärer Weise ist jedoch die Erweibeschrieben. Es sei angenommen, daß mehrere Prü- terungsmöglichkeit der Funktion des Korrektors zur fungen, z. B. 120, für die Erkennung von geschriebe- Erzeugung anderer als binärer Gewichte sehr stark nen Zeichen vorgesehen sind. Wenn ein Buchstabe A eingeschränkt. Da außerdem in jeder aus Reaktanzen diesen Prüfungen unterworfen wird, besteht er einige aufgebauten Matrix Streureaktanzen vorkommen, sind Prüfungen, und bei anderen fällt er durch (entspre- 45 beim Fehlen eines Ausgleichs, der durch den Vorchend der Erfüllung oder Nichterfüllung der Prüfbe- schlag von Nagy nicht erreicht wird, Fehler sehr dingungen). Wenn viele Formen des Buchstabens A wahrscheinlich.

auf diese Weise geprüft wurden, wird die Häufigkeit Ein anderer bekannter Korrelator arbeitet mit Innotiert, mit der die einzelnen Prüfungen bestanden duktivitäten in einer Matrix; er ist beschrieben in wurden. Somit kann man jeder der Prüfungen 1 bis 50 einem Artikel von Pick et al. mit dem Titel »The 120 ein »Gewicht«, W₁ bis W₁₂₀, zuteilen, das die Be- Solenoid Array — A New Computer Element«, IEEE deutung dieser Prüfung für den Buchstaben A dar- Transactions on Electronic Computers, S. 27 bis 35, stellt oder, anders ausgedrückt, die Wahrscheinlich- Februar 1964. Nach dem dort gezeigten Schema keit, mit der ein Buchstabe A diese Prüfung bestehen treiben die Bits des Eingangsvektors Gruppen abgewird. Wenn jetzt Prüfungen an einem unbekannten 55 glichener Spulen. Jede Bezugsebene wird durch eine Buchstaben vorgenommen werden, läßt sich ermit- besondere Ebene gedruckter Schleifen dargestellt, die teln, ob es sich um den Buchstaben A handelt, indem wahlweise die Spulen gemäß den vorgegebenen Gealle Gewichte für die Prüfungen addiert werden, die wichten der Bezugsebene in den Kreis einbeziehen, positiv verlaufen. Die Überschreitung eines festzule- Wenn hier auch die Spulen in allen Gruppen abgegenden Schwellwertes durch die Summe zeigt an, daß 60 glichen sind, so sind jedoch die Streureaktanzen nicht es sich um den Buchstaben A handelt. Alle anderen abgeglichen, da eine Spule einer nicht erregten Gruppe Buchstaben können genauso gespeichert werden, und von einem Teil des Rückflusses von einer Spule einer die unbekannten Buchstaben können mit diesen Be- benachbarten, erregten Gruppe durchflossen wird, zugswerten verglichen werden. Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der be-

Die für einen bestimmten Buchstaben gespeicherte 65 kannten und beschriebenen Anordnungen, insbeson-Gruppe von Gewichten wird als Bezugsebene oder dere die bei matrixartig aufgebauten Reaktanz-Fest-Bezugswort bezeichnet. Als Eingangswort oder Ein- wertspeichern auftretenden Störungen infolge unvergangsvektor wird am Beispiel Zeichenerkennung die meidlicher Streureaktanzen zu vermeiden und einen

einfachen und betriebssicheren Analog-Korrelator zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Treibleitungen an die η Ausgänge mindestens eines Signalgenerators angeschlossen sind, dessen Ausgangssignale an n—l Ausgängen feste Werte nach aufsteigenden Potenzen von zwei haben und dessen Ausgangssignal am «-ten Ausgang die Summe der Werte der n—l Ausgangssignale auf Null ergänzt, und daß die Abtastleitungen über gesteuerte Schalter mit einem Summierverstärker verbunden sind.

Wie bereits gesagt, bilden in Matrizen mit reaktiven Elementen in einem Korrelator die Streureaktanzen zontalen Treibleitungen »Gewichte« dar, wobei die Nettoladung pro vertikale Abtastleitung dem gewünschten gespeicherten Gewicht w_i;- für den Korrelator entspricht. Um einen großen Gewichtsbereich zu schaffen, sind zahlreiche horizontale Treibleitungen vorgesehen. Diese Anordnung ist am besten aus einem speziellen Beispiel zu ersehen. Jeder der Spannungsteiler 16 steuert sechs zu einer Gruppe zusammengefaßte Treibleitungen. Jede derartige Gruppe bedient eine Bezugsebene /. Die Anzahl der Bezugsebenen spielt für die vorliegende Erfindung keine Rolle. Wenn die Erfindung in einem Zeichenerkennungssystem zur Anwendung kommt, können beispielsweise 26 Ebenen entsprechend den 26 Buchstaben des

ein Problem, da sie zur Kopplung falscher Gewichte

auf die Abtastleitungen führen. In der vorliegenden 15 Alphabets benutzt werden.
Erfindung wird dieses Problem durch Verwendung Alle kapazitiven Koppelelemente in

abgeglichener Treibleitungen gelöst, die unabhängig vom Eingangsvektor gespeist werden. Die Treibleitungen jeder Gruppe ergeben eine Gesamtspanhung von 0 Volt, und da die Streukapazität zwischen allen Treibleitungen und Abfrageleitungen dieselbe ist, gleichen sich die in eine Abtastleitung durch Streukapazitäten eingekoppelten Ladungen aus. Für diesen Ausgleich sind die vom Eingangsvektor unabhängige der Matrix

haben eine Kapazität von ungefähr 1 pF und koppeln eine von der Spannung auf der Treibleitung abhängige Ladung auf die Abtastleitung. Wenn nur der Spannungsteiler 16; erregt ist, haben die Treibleitungen DLl bis DL6 der Ebene/ Werte von +1, +2, +4, + 8, +16 bzw. —31V, wodurch jedes gespeicherte Gewicht w_u einen ganzzahligen Wert von +31 bis — 31 haben kann, so daß ein weiterer Gewichts-

Erregung der Treibleitungen und die vom Eingangs- 25 bereich gegeben ist und die Anforderungen an das vektor abhängige Einschaltung der Abtastleitungen Auflösungsvermögen eines Analog-Korrelators erfüllt wesentliche Merkmale. Wenn die Treibleitungen abhängig vom Eingangsvektor gespeist werden, wie es

bisher vorgeschlagen wurde, werden die Streureaksind. Im einzelnen koppeln die Kondensatoren 30, 32 und 34 auf die Abtastleitung 5L₁ ein Gesamtgewicht von W₁₁ = 11. Die Kondensatoren 36 und 38 koppeln

Mit den Abtastleitungen 5L₁ bis 5L₁₂₀ sind Schalter S₁ bis S₁₂₀ verbunden, die der Einfachheit halber als mechanische Schalter dargestellt sind. Vorzugsweise sind diese Schalter als durch den Eingangsvektor W^

tanzen nur in dem unwahrscheinlichen Fall aus- 30 eine Ladung auf die Abtastleitung 5L₂, die einem Gegeglichen, daß der Eingangsvektor an allen Treib- samtgewicht von w_2i = —27 entspricht. Die übrigen leitungen gleichzeitig wirksam ist. Kondensatoren in der Matrix sind nicht dargestellt,

Ein für die Konstrukteure wesentliches Merkmal da die Kopplung auf zwei Abtastleitungen ausreicht, der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit, die um zu erklären, wie die Gewichte in der Matrix gekapazitiven Matrizen sehr billig herzustellen, wodurch 35 speichert werden,
auch ein schneller und leichter Austausch der Kondensatoren in der Matrix ermöglicht wird. Im Korrelator gestattet das einen schnellen und leichten Austausch von Bezugsebenen. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die kapazitive 4° gesteuerte Transistorschalter ausgebildet. Im darge-Matrix als Kondensatorkarten-Festwertspeicher aus- stellten Beispiel ist der Eingangsvektor ein binäres gebildet, der allgemein bekannt und beschrieben ist in Wort mit einer Länge von 120 Bits. Jedes Bit U₁ »Design of a Printed Card Capacitor Read-Only steuert den entsprechenden Schalter S_t. Die Tran-Store«, IBM Journal, März 1966, S. 142 ff. sistorschaltung zur Steuerung der 120 Schalter durch

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Aus- 45 das 120 parallele Bits enthaltende Eingangswort ist führungsbeispielen und den Zeichnungen näher er- Fachleuten allgemein bekannt und daher nicht geklärt. Es zeigt nauer beschrieben. Wenn die Treibleitungen der

F i g. 1 eine teilweise schematische Darstellung /-Ebene erregt und die Schalter S₁ bis S₁₂₀ durch den eines Analog-Korrelators, Eingangsvektor W₁^₂₀ gesteuert sind, liefert der Sum-

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines im Aus- 50 mierverstärker 14 ein Ausgangssignal proportional
führungsbeispiel der F i g. 1 verwendeten Spannungsteilers.

Der in F i g. 1 gezeigte Korrelator enthält eine kapazitive Matrix 10, eine Schalterreihe 12, einen Summierverstärker 14 und Spannungsteiler 16_;, wobei 7 für die Zahlen 1 bis m steht. Die übrigen Elemente in den Zeichnungen dienen nur der Illustration der sequentiellen Funktion des Korrelators. Es sind dies ein Null-Schwellwertdetektor 18, zwei UND-Glieder 20 und 22, ein Inverter 24, ein Ringzähler 26 und ein Taktgeber 28.

Die kapazitive Matrix ist insofern strukturell einem kapazitiven Festwertspeicher gleich, als sie Horizontalleitungen und Vertikalleitungen enthält sowie Kondensatoren, die an ausgewählten Stellen die Horizontalleitungen mit den Vertikalleitungen verbinden. In der vorliegenden Matrix stellen die Kondensatoren durch ihre Verbindung mit den ausgewählten hori-120
1=1

Somit erfolgt eine Korrelation oder ein Vergleich des Eingangsvektors mit der Bezugsebene 7. Wenn die /-Ebene erregt ist, werden nur die darin gespeicherten Gewichte auf die Abtastleitungen S₁ bis S₁₂₀ gekoppelt, weil die Spannungsteiler nur einzeln in Betrieb sind. Der Eingangsvektor wird mit allen Bezugsebenen verglichen, indem die Spannungsteiler 1O₁ bis 16_m nacheinander erregt werden.

Wenn nur die Bezugsebene ermittelt werden soll, die mit dem Eingangsvektor die engste Beziehung hat, können die Ausgangsgrößen gespeichert werden, die sich aus der Erregung der verschiedenen Ebenen ergeben, wobei diejenige Ebene die größte Ausgangs-

amplitude aufweist, die die engste Beziehung zum unbekannten Eingangsvektor hat.

Die Anwendung des Korrelators z. B. in einem Zeichenerkennungssystem würde den Zusatz von Schwellwerten oder Taragewichten Tj für jeden Bezugswert erfordern, d. h., der Eingangsvektor steht senkrecht zur /-Ebene, wenn

gen als Abtastleitungen des Korrelators zu benutzen und über Schalter mit einem Summierverstärker zu verbinden. Die Wortleitungen des genannten Festwertspeichers werden als Treibleitungen des Korrelators verwendet und jede Gruppe von sechs Treibleitungen mit einem Spannungsteiler verbunden. Die Kondensatorkarten mit 60 Kreuzungspunkten und somit 60 Abtastleitungen in einer Reihe werden paarweise betrieben, so daß die Matrix einen Eingangsvektor mit bis zu 120 Bits aufnehmen kann. Jede Gruppe von sechs Treibleitungen (ein Paar Wortleitungen wird als eine Treibleitung betrachtet) auf der Speicherkarte wird sequentiell erregt. Bei einer Matrix mit mehreren Karten können die Karten je-

Wie bereits gesagt, ist die Festsetzung der Werte
für die Taragewichte dem Benutzer des Korrelators
überlassen. In der vorliegenden Erfindung können 15 doch gleichzeitig betrieben werden, d. h., die ersten alle Taragewichte für die verschiedenen Ebenen je- sechs Treibleitungen auf jeder Karte werden erregt,

dann die nächsten sechs usw. Auf diese Weise läßt sich eine seriell-parallele Korrelation erreichen, wobei

doch in der Matrix selbst fest eingestellt werden und gestatten so die Verwendung nur eines einzigen Schwellwertverstärkers für mehrere Ebenen mit ver- jede Karte schiedenen Taragewichten. 20 wird.

Mit der in F i g. 1 gezeigten Matrix kann eine Gruppe von Abtastleitungen leicht so mit »Gewichten« versehen werden, daß für jede Ebene Taragewichte gegeben sind. Wenn angenommen wird, daß die Abtastleitungen SL₁₁₇ bis SL₁₂₀ Taragewichte liefern sollen (in diesem Fall sind die Schalter S₁₁₇ bis S₁₂₀ geschlossen), gestattet das System Werte der Taragewichte von —124 (viermal —31) bis +124 (viermal + 31). Bei dieser Verwendungsart kann die Ausgangsspannung des Summierverstärkers folgendermaßen beschrieben werden:

von einem Summierverstärker bedient

Claims (6)

Patentansprüche: 35 So können alle Summierungen auf einen einzigen Schwellwertdetektor 18 gegeben werden, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, anstatt für jede Bezugsebene einen separaten Schwellwertdetektor vorzusehen. Ein einfaches Verfahren, das Ausgangssignal des Schwellwertdetektors zur Bestimmung der Ebenen zu verwenden, die senkrecht zum Eingangsvektor stehen, ist in F i g. 1 gezeigt. Die Taktimpulse vom Taktgeber 28 treiben einen Ringzähler 26, wenn der Korrelator eingeschaltet ist. Der Ringzähler erregt der Reihe nach die Spannungsteiler 16. Wenn das Ausgangssignal des Summierverstärkers 14 über Null hinausgeht, wird das Ausgangssignal des Schwellwertdetektors 18 positiv, wodurch die Kombination aus UND-Glied 20 und Inverter 24 die Taktimpulse sperrt, so daß der Ringzähler 26 nicht weitergeschaltet werden kann. Die zuletzt erregte Ebene hat somit die engste Beziehung zum Eingangsvektor. Ein Beispiel für den Spannungsteiler 16 ist in Fig. 2 gezeigt. In diesem Beispiel haben zwei voneinander getrennte Widerstände eine gemeinsame Ausgangsklemme. Die Verbindung der Spannungsquellen V1 und V2 mit dem Spannungsteiler wird durch den Ringzähler gesteuert. Es ist zu beachten, daß eine induktive Matrix, die konstruktionsmäßig analog zum hier beschriebenen kapazitiven Matrixkorrelator sein soll, mit Strömen und nicht mit Spannungen zu betreiben ist. Bei Verwendung eines Kondensatorkarten-Fest-Wertspeichers, wie er beschrieben ist in »Design of a Printed Card Capacitor Read-Only Store«, IBM Journal, März 1966, S. 142 ff., sind dessen Bitleitun-

1. Analog-Korrelator mit eine orthogonale Matrix von Kreuzungspunkten bildenden Treib- und Abtastleitungen und mit an ausgewählten Kreuzungspunkten angeordneten Reaktanzen zum Einkoppeln elektrischer Größen in die Abtastleitungen entsprechend den an den Treibleitungen anliegenden elektrischen Größen, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibleitungen (DL) an die η Ausgänge mindestens eines Signalgenerators (16) angeschlossen sind, dessen Ausgangssignale an n—l Ausgängen feste Werte nach aufsteigenden Potenzen von Zwei haben, und dessen Ausgangssignal am η-ten Ausgang die Summe der Werte der n—l Ausgangssignale auf Null ergänzt, und daß die Abiastleitungen (SL) über gesteuerte Schalter (S₁ bis S₁₂₀) mit einem Summierverstärker (14) verbunden sind.

2. Analog-Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gruppen von Treibleitungen (DL) vorgesehen sind, daß jede dieser Gruppen einem ihr zugeordneten Signalgenerator (1O₁... 16j... 16_m) angeschlossen ist und daß die den einzelnen Gruppen zugeordneten Signalgeneratoren (1O₁... 16j. .. 16_m) zum Zweck ihrer sequentiellen Einschaltung mit einem zyklischen Schalter (26) verbunden sind.

3. Analog-Korrelator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Abtastleitungen (SL₁... SL₁₂₀) einzeln zugeordneten Schalter (S₁... S₁₂₀) entsprechend den Binärwerten von aus einer der Anzahl Schalter gleichen Anzahl von Bits (U₁...U₁₂₀) bestehenden Eingangswörtern steuerbar ausgebildet sind.

4. Analog-Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (16) als Spannungsquelle und die in der Matrix (10) angeordneten Reaktanzen als gleich große Kapazitäten (30 ... 38) ausgebildet sind.

5. Analog-Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (16) als Stromquelle und die in der Matrix (10) angeordneten Reaktanzen als gleich große Induktivitäten ausgebildet sind.

6. Analog-Korrelator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere weitere

Abtastleitungen (5L) an ihren Kreuzungspunkten mit den Treibleitungen (DL) solche Koppelreaktanzen aufweisen, daß bei Übereinstimmung eines Eingangswortes mit einem Bezugswort die dem Summierverstärker (14) zugeführte elektrische

Größe Null wird, daß diese Abtastleitungen (DL) direkt an den Summierverstärker (14) angeschlossen sind und daß der Ausgang des Summierverstärkers (14) mit einem Null-Schwellwertdetektor (18) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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