JP2002358501A - Signal processing circuit - Google Patents

Signal processing circuit

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JP2002358501A
JP2002358501A JP2001164284A JP2001164284A JP2002358501A JP 2002358501 A JP2002358501 A JP 2002358501A JP 2001164284 A JP2001164284 A JP 2001164284A JP 2001164284 A JP2001164284 A JP 2001164284A JP 2002358501 A JP2002358501 A JP 2002358501A
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signal
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phase
feature
neuron
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Osamu Nomura
修 野村
Masakazu Matsugi
優和 真継
Katsuhiko Mori
克彦 森
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a synchronizing circuit to be stably operated without inconsistency and without increasing a circuit scale and power consumption. SOLUTION: Local synchronization parallel pulse signal processing circuit is provided with a plurality of neurons, that is bonded mutually based on the prescribed rule and arranged in parallel, for performing a prescribed operation to an input signal and outputting it, a phase synchronizing signal generating circuit for outputting a phase synchronizing signal to the prescribed near neuron and a synchronization detecting means for detecting synchronization within the permission phase difference of the output of prescribed near neuron. The phase synchronizing signal generating circuit is functioned as the neuron for the prescribed operation and the output in response to the synchronization detecting result of the synchronization detecting means.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、局所的な同期動作
を伴う並列パルス信号処理を行う神経回路網などの信号
処理回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing circuit such as a neural network for performing parallel pulse signal processing with a local synchronous operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、画像認識や音声認識の分野に
おいては、特定の認識対象に特化した認識処理アルゴリ
ズムをコンピュータソフトとして逐次演算して実行する
タイプ、或いは専用並列画像処理プロセッサ(SIM
D、MIMDマシン等)により実行するタイプに大別さ
れる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of image recognition and voice recognition, a type in which a recognition processing algorithm specialized for a specific recognition target is sequentially calculated and executed as computer software, or a dedicated parallel image processor (SIM) is used.
D, MIMD machine, etc.).

【0003】画像認識アルゴリズムを例としてその代表
例を以下に挙げる。先ず、認識対象モデルとの類似度に
関する特徴量を算出して行うものとしては、認識対象の
モデルデータをテンプレートモデルとして表現してお
き、入力画像(或いはその特徴ベクトル)とのテンプレ
ートマッチング等による類似度算出や、高次相関係数の
算出などによる方法、対象のモデル画像を主成分分析し
て得られる固有画像関数空間へ入力パターンを写像して
モデルとの特徴空間内での距離を算出する方法(Sirovic
h, et al., 1987, Low-dimensional procedure for the
characterization of human faces, J. Opt. Soc. Am.
[A], vol. 3, pp.519-524)、複数の特徴抽出結果(特
徴ベクトル)およびその空間配置関係をグラフ表現し、
弾性的グラフマッチングによる類似度算出を行う方法
(Lades et al. 1993, Distortion Invariant Object R
ecognition in the Dynamic Link Architecture, IEEE
Trans.on Computers, vol.42, pp.300-311)、入力画像
に所定の変換を行って位置、回転、スケール不変な表現
を得た後にモデルとの照合を行う方法(Seibert, etal.
1992, Learning and recognizing 3D objects from mu
ltiple views in a neural system, in Neural Network
s for Perception, vol. 1 Human and Machine Percept
ion(H. Wechsler Ed.) Academic Press, pp.427-444)
等がある。
A typical example of the image recognition algorithm will be described below. First, as a feature to calculate and perform a feature amount related to the similarity with the recognition target model, model data of the recognition target is expressed as a template model, and similarity to the input image (or its feature vector) is determined by template matching or the like. Calculation of degree, calculation of higher-order correlation coefficient, etc., mapping of input pattern to eigenimage function space obtained by principal component analysis of target model image, and calculation of distance between model and feature space Method (Sirovic
h, et al., 1987, Low-dimensional procedure for the
characterization of human faces, J. Opt. Soc. Am.
[A], vol. 3, pp.519-524), graphically represent multiple feature extraction results (feature vectors) and their spatial arrangement,
A method of calculating similarity by elastic graph matching (Lades et al. 1993, Distortion Invariant Object R
ecognition in the Dynamic Link Architecture, IEEE
Trans.on Computers, vol.42, pp.300-311), a method of performing a predetermined transformation on an input image to obtain a position, rotation, and scale-invariant representation and then collating with a model (Seibert, et al.
1992, Learning and recognizing 3D objects from mu
ltiple views in a neural system, in Neural Network
s for Perception, vol. 1 Human and Machine Percept
ion (H. Wechsler Ed.) Academic Press, pp.427-444)
Etc.

【0004】生体の情報処理機構にヒントを得た神経回
路網モデルによるパターン認識方法としては、階層的テ
ンプレートマッチングを行う方法(特公昭60-712、Fuku
shima & Miyake, 1982 Neocognitron: A new algorithm
for pattern recognition tolerant of deformation a
nd shifts in position, Pattern Recognition, vol.1
5, pp.455-469)、ダイナミックルーティング神経回路
網により対象中心のスケール、位置不変な表現を得て行
う方法(Anderson, et al. 1995, Routing Networks in
Visual Cortex, in Handbook of Brain Theory and Neu
ral Networks (M.Arbib, Ed.), MIT Press, pp.823-82
6)、その他多層パーセプトロン、動径基底関数(Radial
Basis Function)ネットワークなどを用いる方法があ
る。
As a pattern recognition method using a neural network model inspired by the information processing mechanism of a living body, a method of performing hierarchical template matching (Japanese Patent Publication No. 60-712, Fuku
shima & Miyake, 1982 Neocognitron: A new algorithm
for pattern recognition tolerant of deformation a
nd shifts in position, Pattern Recognition, vol.1
5, pp.455-469), a method of obtaining a scale and position-invariant representation of the center of an object using a dynamic routing neural network (Anderson, et al. 1995, Routing Networks in
Visual Cortex, in Handbook of Brain Theory and Neu
ral Networks (M.Arbib, Ed.), MIT Press, pp.823-82
6), other multilayer perceptrons, radial basis functions (Radial
Basis Function) There is a method using a network.

【0005】一方、生体の神経回路網による情報処理機
構をより忠実に取り入れようとする試みとして、アクシ
ョンポテンシャルに相当するパルス列による情報の伝達
表現を行う神経回路網モデル回路が提案されている(Mur
ray et al., 1991 Pulse-Stream VLSI Neural Networks
Mixing Analog and Digital Techniques, IEEE Trans.
on Neural Networks, vol.2, pp.193-204.;特開平7-2
62157号公報、特開平7-334478号公報、特開平8-153148
号公報、特許2879670号公報など)。
On the other hand, as an attempt to more faithfully incorporate an information processing mechanism based on a biological neural network, a neural network model circuit has been proposed in which information is transmitted and represented by a pulse train corresponding to an action potential (Mur).
ray et al., 1991 Pulse-Stream VLSI Neural Networks
Mixing Analog and Digital Techniques, IEEE Trans.
on Neural Networks, vol.2, pp.193-204.
No. 62157, JP-A-7-334478, JP-A-8-153148
And Japanese Patent No. 2879767).

【0006】パルス列生成ニューロンからなる神経回路
網により特定対象の認識、検出を行う方法としては、結
合入力(linking inputs)と供給入力(feeding inputs)を
前提としたEckhornらによる高次(2次以上)のモデル
(Eckhorn, et al. 1990, Feature linking via synchr
onization among distributed assemblies: Simulation
of results from cat cortex, Neural Computation, V
ol.2, pp.293-307)、即ち、パルス結合神経回路網(以
下、PCNNと略す) を用いた方式がある(USP56
64065、及び、Broussard, et al. 1999, Physiolo
gically Motivated Image Fusion for Object Detectio
n using a Pulse Coupled Neural Network, IEEE Tran
s. on Neural Networks, vol. 10, pp.554-563、な
ど)。
As a method of recognizing and detecting a specific object by a neural network composed of pulse train generating neurons, a higher order (second or higher order) by Eckhorn et al. On the assumption of a linking input and a feeding input is used. ) Model (Eckhorn, et al. 1990, Feature linking via synchr
onization among distributed assemblies: Simulation
of results from cat cortex, Neural Computation, V
ol.2, pp.293-307), that is, a method using a pulse-coupled neural network (hereinafter abbreviated as PCNN) (USP56).
64065 and Broussard, et al. 1999, Physiolo
gically Motivated Image Fusion for Object Detectio
n using a Pulse Coupled Neural Network, IEEE Tran
s. on Neural Networks, vol. 10, pp. 554-563, etc.).

【0007】また、ニューラルネットワークにおける配
線問題を軽減する方法として、いわゆるパルス出力ニュ
ーロンのアドレスをイベント駆動型で符号化する方法
(Address Event Representation:以下、AERとい
う)がある(Lazzaro, et al. 1993, Silicon Auditory
Processors as Computer Peripherals, In Touretzky,
D.(ed), Advances in Neural Information Processing
Systems 5. San Mateo, CA:Morgan Kaufmann Publisher
s)。この場合、パルス列出力側のニューロンのIDがア
ドレスとして2値で符号化されることにより、異なるニ
ューロンからの出力信号が共通バス上に時間的に配列し
ても、それを入力する側のニューロンでは元のニューロ
ンのアドレスを自動的にデコードすることができる。
As a method of reducing the wiring problem in the neural network, there is a method of encoding the address of a so-called pulse output neuron in an event-driven manner (Address Event Representation: AER) (Lazzaro, et al. 1993). , Silicon Auditory
Processors as Computer Peripherals, In Touretzky,
D. (ed), Advances in Neural Information Processing
Systems 5. San Mateo, CA: Morgan Kaufmann Publisher
s). In this case, since the ID of the neuron on the output side of the pulse train is binary-coded as an address, even if output signals from different neurons are temporally arranged on a common bus, the neurons on the input side do not. The address of the original neuron can be automatically decoded.

【0008】一方、特許2741793号公報に係るニ
ューラルネットワークプロセッサでは、シストリックア
レイのアーキテクチャにおいて多層のフィードフォワー
ド型ネットワークを構成することにより、ニューロン数
の減少と回路規模の縮小を図っている。
On the other hand, in the neural network processor according to Japanese Patent No. 2741793, the number of neurons and the circuit scale are reduced by forming a multi-layer feedforward network in a systolic array architecture.

【0009】特許2500038号公報に係る並列処理
マルチプロセッサシステム等においては、分散並列型計
算システムにおいて命令セットの処理と同時に生成する
シグネチャの多数決処理により誤りの有無を検出する。
In the parallel processing multiprocessor system and the like according to Japanese Patent No. 2500038, the presence or absence of an error is detected by majority processing of a signature generated simultaneously with processing of an instruction set in a distributed parallel computing system.

【0010】また、近年マイクロプロセサの動作周波数
が大幅に増大する中で、チップ全体を単一のクロック信
号に同期して動作させるのではなく、チップを複数のブ
ロックに分割しそれぞれのブロックを非同期で動かすア
ーキテクチャが開発されている(Schuster, S. et al.,
“Asynchronous Interlocked Pipelined CMOS Circuits
Operating at 3.3-4.5GHz”, 2000 IEEE Internationa
l Solid-State Circuits Conference(ISSCC2000), WA1
7.3, vol.43, pp.292-293, 2000)。
In recent years, as the operating frequency of the microprocessor has been greatly increased, the chip is divided into a plurality of blocks and each block is asynchronously operated instead of operating the entire chip in synchronization with a single clock signal. An architecture that runs on a computer has been developed (Schuster, S. et al.,
“Asynchronous Interlocked Pipelined CMOS Circuits
Operating at 3.3-4.5GHz ”, 2000 IEEE Internationala
l Solid-State Circuits Conference (ISSCC2000), WA1
7.3, vol.43, pp.292-293, 2000).

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来例におい
ては、各演算素子の同期を取るためにグローバルなクロ
ック信号を制御クロック信号として用いたり、または局
所的な動作を行うための同期クラスターを構成するため
の局所的なクロック信号を制御クロック信号として用い
る必要があった。
In the above-mentioned conventional example, a global clock signal is used as a control clock signal for synchronizing each operation element, or a synchronous cluster for performing a local operation is formed. It is necessary to use a local clock signal for performing the control as a control clock signal.

【0012】そのため回路規模の増大や消費電力の増大
を招き、かつ矛盾無く安定的に動作する同期回路の実現
が困難であった。
[0012] Therefore, it is difficult to realize a synchronous circuit which stably operates without inconsistency due to an increase in circuit scale and power consumption.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、出力の位相同
期をとる対象となる演算素子の出力に応じて、位相同期
信号発生回路から前記演算素子に対して、演算素子の出
力信号間の位相差が許容位相差以内となる信号レベルを
有する位相同期信号を出力する機能により、並列パルス
信号処理の局所的な同期動作を無矛盾かつ安定に行い、
さらに定消費電力化を実現することを目的とする。
According to the present invention, a phase synchronization signal generating circuit sends a signal between an output signal of an operation element from a phase synchronization signal generation circuit to the operation element in accordance with an output of the operation element to be phase-synchronized. By the function of outputting the phase synchronization signal having the signal level whose phase difference is within the allowable phase difference, perform the local synchronization operation of the parallel pulse signal processing consistently and stably,
Another object is to realize constant power consumption.

【0014】また、同期検出手段の同期検出結果に応じ
て回路構成を切り替えることにより、位相同期信号発生
回路の機能と、所定の演算を行い出力を行う演算素子の
機能を同一の素子により実現し、回路規模の縮小を図る
ことを目的とする。
Further, by switching the circuit configuration in accordance with the synchronization detection result of the synchronization detection means, the function of the phase synchronization signal generation circuit and the function of the arithmetic element for performing a predetermined operation and outputting are realized by the same element. The purpose of the present invention is to reduce the circuit scale.

【0015】本発明によれば、信号処理回路に、互いに
所定の規則に基づいて結合して並列配置され、入力信号
に対して所定の演算を行い出力を行う複数の演算素子
と、所定の近傍の前記演算素子に対して、位相同期信号
を出力する位相同期信号発生回路と、所定の近傍の前記
演算素子の出力の許容位相差以内の同期を検出する同期
検出手段とを備え、前記位相同期信号発生回路が、前記
同期検出手段の同期検出結果に応じて、前記の所定の演
算を行い出力を行う演算素子としても機能することを特
徴とする。
According to the present invention, a plurality of arithmetic elements which are connected to each other in a signal processing circuit based on a predetermined rule and which perform a predetermined operation on an input signal and output a signal, A phase synchronization signal generating circuit for outputting a phase synchronization signal to the arithmetic element, and synchronization detection means for detecting synchronization within an allowable phase difference between outputs of the arithmetic element in a predetermined vicinity, The signal generation circuit may also function as an arithmetic element that performs the predetermined operation and outputs the result in accordance with a synchronization detection result of the synchronization detection unit.

【0016】これにより、並列処理回路を構成する各演
算素子の動作が非同期であっても、同期を確立したのち
に所望の演算処理を行うことができ、かつ回路規模を縮
小することが可能となる。
Thus, even if the operation of each of the arithmetic elements constituting the parallel processing circuit is asynchronous, desired arithmetic processing can be performed after synchronization is established, and the circuit scale can be reduced. Become.

【0017】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、前記位相同期回路の出力は、所定の近傍の演算素子
から入力される時系列信号に応じて行われることを特徴
とするものであってもよい。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the output of the phase synchronization circuit is performed in response to a time-series signal input from a predetermined neighboring arithmetic element. You may.

【0018】これにより、局所的な同期クラスタが所定
の近傍の演算素子の演算内容に応じて適宜形成されるよ
うなイベント駆動型の同期確立を局所的に行うので、低
消費電力化と動作の安定化を非同期並列処理回路で実現
することができる。
Thus, since event-driven synchronization is locally established such that a local synchronization cluster is appropriately formed in accordance with the operation content of a predetermined neighboring arithmetic element, power consumption is reduced and operation is reduced. Stabilization can be achieved with an asynchronous parallel processing circuit.

【0019】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、前記位相同期回路の出力は、パルス信号であること
を特徴とするものであってもよい。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the output of the phase synchronization circuit may be a pulse signal.

【0020】これにより、同期化の対象となる演算素子
は、入力されたパルス信号である位相同期信号に応じた
タイミングで、許容位相差以内で同期した出力を行う。
Thus, the arithmetic element to be synchronized performs synchronized output within an allowable phase difference at a timing according to the phase synchronization signal which is the input pulse signal.

【0021】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、前記所定の近傍の演算素子が不応期を有し、かつ前
記位相同期信号発生回路において、信号が入力されてか
ら位相同期信号が出力されるまでの時間間隔が、前記所
定の近傍の演算素子の不応期以上の時間間隔を有するこ
とを特徴とするものであってもよい。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the arithmetic element in the predetermined vicinity has a refractory period, and the phase synchronizing signal is output after a signal is input in the phase synchronizing signal generating circuit. The time interval until the operation is performed may have a time interval longer than the refractory period of the predetermined neighboring arithmetic element.

【0022】これにより、不応期に位相同期信号が入力
された演算素子が、次の位相同期信号の入力時に、他の
演算素子と位相同期した出力を行うことが可能となる。
Thus, the arithmetic element to which the phase synchronization signal has been input during the refractory period can perform an output synchronized with the other arithmetic elements when the next phase synchronization signal is input.

【0023】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、前記位相同期信号発生回路から前記所定の近傍の演
算素子に対して出力される位相同期信号の出力が、前記
所定の近傍の演算素子からの出力信号間の位相差が、前
記許容位相差以内となるように制御されていることを特
徴とするものであってもよいこれにより、同期化の対象
となる演算素子は、位相同期信号が入力されてから極短
時間で出力を行うこととなり、前記演算素子の出力信号
の位相が、許容位相差以内での同期した位相となる。
In the signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the output of the phase synchronization signal output from the phase synchronization signal generation circuit to the predetermined neighboring operation element is the same as the predetermined neighboring operation element. The phase difference between the output signals from the control signals may be controlled so as to be within the allowable phase difference. Is output in a very short time after the input of the calculation element, and the phase of the output signal of the arithmetic element becomes a synchronized phase within an allowable phase difference.

【0024】そしてまた、前記同期確立までの時間も短
縮することが可能となる。
Further, it is possible to shorten the time until the synchronization is established.

【0025】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、前記所定の近傍の演算素子が不応期を有し、かつ前
記所定の近傍の演算素子の出力信号間の位相差は、前記
位相同期信号が前記演算素子の不応期以外に入力された
場合に前記許容位相差以内となることを特徴とするもの
であってもよい。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the predetermined neighboring computing element has a refractory period, and the phase difference between the output signals of the prescribed neighboring computing element is the phase synchronization. When a signal is input during a period other than the refractory period of the arithmetic element, the signal may be within the allowable phase difference.

【0026】これにより、位相同期信号を不応期以外の
タイミングで入力された所定の近傍の演算素子は、出力
信号の位相が、許容位相差以内のほぼ一致した位相とな
る。
As a result, the arithmetic element in the vicinity of the predetermined position to which the phase synchronization signal has been input at a timing other than the refractory period has a phase of the output signal that is substantially the same within the allowable phase difference.

【0027】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、前記同期検出手段が、入力信号の積分値に応じて出
力を行う演算素子を備えることを特徴とする。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the synchronization detecting means includes an arithmetic element for outputting an output according to an integrated value of the input signal.

【0028】これにより、同期化の対象となる演算素子
の出力値を積分した値に応じて、同期確立の検出を行う
ことができる。
Thus, it is possible to detect the establishment of the synchronization according to the integrated value of the output value of the arithmetic element to be synchronized.

【0029】また、本発明の他の態様の信号処理回路に
おいては、互いに所定の規則に基づいて結合して並列配
置され、入力信号に対して所定の演算を行い出力を行う
複数の演算素子と、所定の近傍の前記演算素子に対し
て、位相同期信号を出力する位相同期信号発生回路と、
所定の近傍の前記演算素子の出力の許容位相差以内の同
期を検出する同期検出手段とを有し、前記位相同期信号
発生回路から前記所定の近傍の演算素子に対して出力さ
れる位相同期信号の出力が、前記所定の近傍の演算素子
からの出力信号間の位相差が、前記許容位相差以内とな
るように制御されることを特徴とする。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, a plurality of arithmetic elements which are connected in parallel with each other based on a predetermined rule and are arranged in parallel to perform a predetermined operation on an input signal and output the same are provided. A phase synchronization signal generating circuit for outputting a phase synchronization signal to the arithmetic element in a predetermined vicinity,
Synchronization detecting means for detecting synchronization within an allowable phase difference of the output of the arithmetic element in a predetermined vicinity, and a phase synchronization signal output from the phase synchronization signal generation circuit to the arithmetic element in the predetermined vicinity. Is controlled such that a phase difference between output signals from the predetermined neighboring arithmetic elements is within the allowable phase difference.

【0030】これにより、並列処理回路を構成する各演
算素子の動作が非同期であっても、同期を確立したのち
に所望の演算処理を行うことができ、かつ同期化の対象
となる演算素子は、位相同期信号が入力されてから極短
時間で出力を行うこととなり、前記演算素子の出力信号
の位相が、許容位相差以内での同期した位相となる。
As a result, even if the operation of each arithmetic element constituting the parallel processing circuit is asynchronous, a desired arithmetic processing can be performed after synchronization is established, and the arithmetic element to be synchronized is The output is performed in a very short time after the input of the phase synchronization signal, and the phase of the output signal of the arithmetic element becomes a synchronized phase within an allowable phase difference.

【0031】そしてまた、前記同期確立までの時間も短
縮することが可能となる。
Further, the time until the synchronization is established can be shortened.

【0032】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、前記所定の近傍の演算素子が不応期を有し、かつ前
記所定の近傍の演算素子の出力信号間の位相差は、前記
位相同期信号が前記演算素子の不応期以外に入力された
場合に前記許容位相差以内となることを特徴とするもの
であってもよい。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the predetermined neighboring computing element has a refractory period, and the phase difference between the output signals of the prescribed neighboring computing element is the phase synchronization. When a signal is input during a period other than the refractory period of the arithmetic element, the signal may be within the allowable phase difference.

【0033】これにより、位相同期信号を不応期以外の
タイミングで入力された所定の近傍の演算素子は、出力
信号の位相が、許容位相差以内のほぼ一致した位相とな
る。
As a result, the arithmetic elements in the predetermined vicinity near the input of the phase synchronizing signal at a timing other than the refractory period have almost the same phase of the output signal within the allowable phase difference.

【0034】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、位相同期回路の出力は、所定の近傍の演算素子から
入力される時系列信号に応じて行われることを特徴とす
るものであってもよい。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the output of the phase locked loop is performed in response to a time-series signal input from a predetermined neighboring arithmetic element. Is also good.

【0035】これにより、局所的な同期クラスタが所定
の近傍の演算素子の演算内容に応じて適宜形成されるよ
うなイベント駆動型の同期確立を局所的に行うので、低
消費電力化と動作の安定化を非同期並列処理回路で実現
することができる。
As a result, the event-driven synchronization is locally established such that a local synchronization cluster is appropriately formed in accordance with the operation content of a predetermined neighboring arithmetic element, thereby reducing power consumption and reducing operation. Stabilization can be achieved with an asynchronous parallel processing circuit.

【0036】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、前記同期検出手段が、入力信号の積分値に応じて出
力を行う演算素子であることを特徴とするものであって
もよい。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the synchronization detecting means may be an arithmetic element for outputting an output according to an integrated value of an input signal.

【0037】これにより、同期化の対象となる演算素子
の出力値を積分した値に応じて、同期確立の検出を行う
ことができる。
As a result, the establishment of synchronization can be detected in accordance with the integrated value of the output value of the arithmetic element to be synchronized.

【0038】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、前記位相同期回路の出力は、パルス信号であること
を特徴とするものであってもよいものであってもよい。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the output of the phase locked loop may be a pulse signal.

【0039】これにより、同期化の対象となる演算素子
は、入力されたパルス信号である位相同期信号に応じた
タイミングで、許容位相差以内で同期した出力を行う。
Thus, the arithmetic element to be synchronized performs synchronized output within an allowable phase difference at a timing according to the phase synchronization signal which is the input pulse signal.

【0040】本発明の他の態様の信号処理回路において
は、前記所定の近傍の演算素子が不応期を有し、かつ前
記位相同期信号発生回路において、信号が入力されてか
ら位相同期信号が出力されるまでの時間間隔が、前記所
定の近傍の演算素子の不応期以上の時間間隔を有するこ
とを特徴とするものであってもよい。
In a signal processing circuit according to another aspect of the present invention, the arithmetic element in the predetermined neighborhood has a refractory period, and the phase synchronization signal is output after the signal is input in the phase synchronization signal generation circuit. The time interval until the operation is performed may have a time interval longer than the refractory period of the predetermined neighboring arithmetic element.

【0041】これにより、不応期に位相同期信号が入力
された演算素子が、次の位相同期信号の入力時に、他の
演算素子と位相同期した出力を行うことが可能となる。
Thus, the arithmetic element to which the phase synchronization signal has been input during the refractory period can perform an output synchronized with the other arithmetic elements when the next phase synchronization signal is input.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】(第一の実施形態)本実施形態で
は局所同期型信号処理回路として、生体の情報処理機構
にヒントを得た神経回路網モデルを対象としている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) In this embodiment, a neural network model inspired by an information processing mechanism of a living body is used as a locally synchronized signal processing circuit.

【0043】しかしながら本発明においては、パルス信
号処理回路の全体的な機能・動作は、特に限定されるも
のでは無く、後述する様な局所的な同期クラスタを形成
して情報を伝達するものであれば他の構成・機能を有す
る信号処理回路であっても良い。
However, in the present invention, the overall function and operation of the pulse signal processing circuit are not particularly limited, and the information may be transmitted by forming a local synchronous cluster as described later. A signal processing circuit having another configuration and function may be used as long as the signal processing circuit has another configuration and function.

【0044】従って、以下で説明するパターン認識装置
は、飽くまで本発明を説明するための一例に過ぎないこ
とに注意を要する。
Therefore, it should be noted that the pattern recognition apparatus described below is merely an example for describing the present invention to the extent that it is tired.

【0045】全体構成概要 図1は本実施形態におけるパターン検出・認識装置のた
めのネットワークの全体構成を示す図である。この装置
では、対象または幾何学的特徴などの認識(検出)に関与
する情報を主として扱う。
The overall configuration Overview FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a network for pattern detection and recognition system in the present embodiment. This device mainly deals with information related to recognition (detection) of an object or a geometric feature.

【0046】図1は、いわゆるConvolutionalネットワ
ーク構造(LeCun, Y. and Bengio, Y., 1995, “Convolu
tional Networks for Images Speech, and Time Serie
s” inHandbook of Brain Theory and Neural Networks
(M. Arbib, Ed.), MIT Press, pp.255-258)を有してい
る。最終出力は認識結果、即ち認識された対象のカテゴ
リに相当する。
FIG. 1 shows a so-called Convolutional network structure (LeCun, Y. and Bengio, Y., 1995, “Convolu
nation Networks for Images Speech, and Time Serie
s ”inHandbook of Brain Theory and Neural Networks
(M. Arbib, Ed.), MIT Press, pp. 255-258). The final output corresponds to the recognition result, that is, the category of the recognized object.

【0047】データ入力層1は、画像センサー手段の場
合はCMOSセンサー、或いはCCD素子等の光電変換
素子であり、音声の検出認識などを行う場合には音声入
力センサーである。また、所定データ解析手段の解析結
果(例えば、主成分分析、ベクトル量子化、など)から
得られる高次元のデータを入力するものであってもよ
い。
The data input layer 1 is a CMOS sensor or a photoelectric conversion element such as a CCD element in the case of the image sensor means, and is a voice input sensor in the case of detecting and recognizing voice. Alternatively, high-dimensional data obtained from an analysis result (for example, principal component analysis, vector quantization, etc.) of the predetermined data analysis means may be input.

【0048】以下、画像を入力する場合について説明す
る。特徴検出層(1,0)は、Gabor wavelet変換その他に
よる多重解像度処理により、画像パターンの局所的な低
次の特徴(幾何学的特徴のほか色成分特徴を含んでもよ
い)を全画面の各位置(或いは、全画面にわたる所定の
サンプリング点の各点)において同一箇所で複数のスケ
ールレベル又は解像度で複数の特徴カテゴリの数だけ検
出し、特徴量の種類(例えば、幾何学的特徴として所定
方向の線分を抽出する場合にはその幾何学的構造である
線分の傾き)に応じた受容野構造を有し、その程度に応
じたパルス列を発生するニューロン素子から構成され
る。
Hereinafter, the case of inputting an image will be described. The feature detection layer (1, 0) performs multi-resolution processing by Gabor wavelet transform or the like to apply local low-order features of the image pattern (which may include color component features in addition to geometric features) to each of the entire screen. At the position (or each of the predetermined sampling points over the entire screen), the same number of feature categories are detected at the same location at a plurality of scale levels or resolutions, and the types of the feature amounts (for example, a predetermined direction as a geometric feature are detected). When a line segment is extracted, it has a receptive field structure corresponding to the geometrical structure (slope of the line segment), and is composed of neuron elements that generate a pulse train according to the degree.

【0049】特徴検出層(1,k)は全体として、複数の解
像度(又はスケールレベル)での処理チャネルを形成す
る(但し k≧0)。即ち、Gabor wavelet変換を特徴検出
層(1,0)で行う場合を例にとると、スケールレベル
が同一で方向選択性の異なるGaborフィルタカーネルを
受容野構造に持つ特徴検出細胞のセットは特徴検出層
(1,0)において同一の処理チャネルを形成し、後続
の層(1,1) においても、それら特徴検出細胞からの出
力を受ける特徴検出細胞(より高次の特徴を検出する)
は、当該処理チャネルと同一のチャネルに属する。
The feature detection layer (1, k) forms a processing channel at a plurality of resolutions (or scale levels) as a whole (where k ≧ 0). That is, in the case where the Gabor wavelet transform is performed in the feature detection layer (1, 0), a set of feature detection cells having a Gabor filter kernel having the same scale level and different direction selectivity in the receptive field structure is used for feature detection. The same processing channel is formed in the layer (1,0), and also in the subsequent layer (1,1), the feature detection cells receiving outputs from the feature detection cells (detecting higher-order features)
Belong to the same channel as the processing channel.

【0050】更に後続の層(1,k)(但しk>1)にお
いても、同様に(2,k―1)層において同一チャネルを
形成する複数の特徴統合細胞からの出力を受ける特徴検
出細胞は、当該チャネルに属するように構成される。各
処理チャネルは、同一スケールレベル(又は解像度)で
の処理が進行していくものであり、階層的並列処理によ
り低次特徴から高次特徴までの検出及び認識を行う。
In the subsequent layer (1, k) (where k> 1), similarly, the feature detection cells receiving outputs from a plurality of feature integrated cells forming the same channel in the (2, k-1) layer Are configured to belong to the channel. In each processing channel, processing at the same scale level (or resolution) proceeds, and detection and recognition from low-order features to high-order features are performed by hierarchical parallel processing.

【0051】特徴統合層(2,0)は、所定の受容野構造
(以下、受容野とは直前の層の出力素子との結合範囲
を、受容野構造とはその結合荷重の分布を意味する)を
有し、パルス列を発生するニューロン素子からなり、特
徴検出層(1,0)からの同一受容野内の複数のニューロ
ン素子出力の統合(局所平均化等によるサブサンプリン
グなどの演算)を行う。また、特徴統合層内のニューロ
ンの各受容野は同一層内のニューロン間で共通の構造を
有している。各特徴検出層(1,1)、(1,2)、・・・、
(1,N))及び各特徴統合層((2,1)、(2,2)、・・・、
(2,N))は、それぞれ学習により獲得した所定の受容野
構造を持ち、上述した各層と同様に前者((1,1)、・・
・)は、各特徴検出モジュールにおいて複数の異なる特
徴の検出を行い、後者((2,1)、・・・)は、前段の特徴
検出層からの複数特徴に関する検出結果の統合を行う。
但し、前者の特徴検出層は同一チャネルに属する前段の
特徴統合層の細胞素子出力を受けるように結合(配線)
されている。特徴統合層で行う処理であるサブサンプリ
ングは、同一特徴カテゴリの特徴検出細胞集団からの局
所的な領域(当該特徴統合層ニューロンの局所受容野)
からの出力についての平均化などを行うものである。
The feature integration layer (2,0) has a predetermined receptive field structure.
(Hereinafter, the receptive field has a coupling range with the output element of the immediately preceding layer, and the receptive field structure means the distribution of the coupling load), has a neuron element that generates a pulse train, and has a feature detection layer ( The integration of a plurality of neuron element outputs in the same receptive field from (1, 0) (operation such as subsampling by local averaging) is performed. Further, each receptive field of the neuron in the feature integration layer has a common structure among neurons in the same layer. Each feature detection layer (1, 1), (1, 2),.
(1, N)) and each feature integration layer ((2,1), (2,2),...,
(2, N)) have a predetermined receptive field structure acquired by learning, and the former ((1, 1),.
) Performs detection of a plurality of different features in each feature detection module, and the latter ((2, 1),...) Integrates detection results regarding a plurality of features from the preceding feature detection layer.
However, the former feature detection layer is connected (wired) to receive the cell element output of the preceding feature integration layer belonging to the same channel.
Have been. Subsampling, which is a process performed in the feature integration layer, is performed in a local region (a local receptive field of the feature integration layer neuron) from a feature detection cell population of the same feature category.
This is for averaging the output from the.

【0052】図2は、シナプス回路とニューロン素子の
構成を示す図である。各層間のニューロン素子201間を
結合する構造は、図2の(A)に示すように、神経細胞
の軸索または樹状突起に相当する信号伝達部203(配線
または遅延線)、及びシナプス回路S202である。図2
の(A)では、ある特徴検出(統合)細胞(N)に対す
る受容野を形成する特徴統合(検出)細胞のニューロン群
(ni)からの出力(当該細胞Nから見ると入力)に関与
する結合の構成を示している。太線で示している信号伝
達部203は共通バスラインを構成し、この信号伝達ライ
ン上に複数のニューロンからのパルス信号が時系列に並
んで伝達される。出力先の細胞(N)からの入力を受け
る場合も同様の構成がとられる。この場合には、全く同
じ構成において時間軸上で入力信号と出力信号とを分割
して処理してもよいし、或いは入力用(樹状突起側)と
出力用(軸索側)の2系統で、図2の(A)と同様の構
成を与えて処理してもよい。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a synapse circuit and a neuron element. As shown in FIG. 2A, the structure for connecting the neuron elements 201 between the layers includes a signal transmission unit 203 (wiring or delay line) corresponding to an axon or a dendrite of a nerve cell, and a synapse circuit. This is S202. FIG.
(A) relates to the output (input from the viewpoint of the cell N) of the feature integrated (detected) cell forming the receptive field for a certain characteristic detected (integrated) cell (N) from the neuron group (n i ). 3 shows a configuration of a connection. The signal transmission unit 203 shown by a thick line forms a common bus line, and pulse signals from a plurality of neurons are transmitted on this signal transmission line in time series. The same configuration is adopted when receiving an input from a cell (N) of an output destination. In this case, the input signal and the output signal may be divided and processed on the time axis with exactly the same configuration, or two systems for input (dendritic side) and output (axon side) may be used. The processing may be performed by providing the same configuration as that of FIG.

【0053】シナプス回路S202としては、層間結合
(特徴検出層102上のニューロンと特徴統合層103上のニ
ューロン間の結合であって、各層ごとにその後続の層及
び前段の層への結合が存在しうる)に関与するものと、
同一層内ニューロン間結合に関与するものとがある。後
者は必要に応じて、主に、後述するペースメーカーニュ
ーロンと特徴検出または特徴統合ニューロンとの結合に
用いられる。
The synapse circuit S202 has an interlayer connection (a connection between a neuron on the feature detection layer 102 and a neuron on the feature integration layer 103, and each layer has a connection to a subsequent layer and a preceding layer. May be involved)
Some are involved in connections between neurons in the same layer. The latter is mainly used, if necessary, mainly for coupling a pacemaker neuron described later with a feature detection or feature integration neuron.

【0054】シナプス回路S202において、いわゆる興
奮性結合はパルス信号の増幅を行い、抑制性結合は逆に
減衰を与えるものである。パルス信号により情報の伝達
を行う場合、増幅及び減衰はパルス信号の振幅変調、パ
ルス幅変調、位相変調、周波数変調のいずれによっても
実現することができる。
In the synapse circuit S202, the so-called excitatory coupling amplifies the pulse signal, and the inhibitory coupling conversely attenuates. When transmitting information using a pulse signal, amplification and attenuation can be realized by any of amplitude modulation, pulse width modulation, phase modulation, and frequency modulation of the pulse signal.

【0055】本実施形態においては、シナプス回路S20
2は、主にパルスの位相変調素子として用い、信号の増
幅は、パルス到着時間の特徴に固有な量としての実質的
な進み、減衰は実質的な遅れとして変換される。即ち、
シナプス結合は後述するように出力先のニューロンでの
特徴に固有な時間軸上の到着位置(位相)を与え、定性的
には興奮性結合はある基準位相に対しての到着パルスの
位相の進みを、抑制性結合では同様に遅れを与えるもの
である。
In this embodiment, the synapse circuit S20
2 is mainly used as a phase modulation element of the pulse, the amplification of the signal is converted as a substantial advance as a characteristic quantity of the pulse arrival time characteristic, and the attenuation is converted as a substantial delay. That is,
The synaptic connection gives the arrival position (phase) on the time axis peculiar to the feature of the output neuron as described later, and qualitatively the excitatory connection leads the phase of the arrival pulse with respect to a certain reference phase. In the case of inhibitory coupling, a delay is similarly given.

【0056】図2の(A)において、各ニューロン素子
njは、パルス信号(スパイクトレイン)を出力し、後述
する様な、いわゆるintegrate-and-fire型のニューロン
素子を用いている。なお、図2の(C)に示すように、
シナプス回路とニューロン素子とを、それぞれまとめて
回路ブロックを構成してもよい。
In FIG. 2A, each neuron element
n j outputs a pulse signal (spike train) and uses a so-called integral-and-fire type neuron element as described later. As shown in FIG. 2 (C),
The synapse circuit and the neuron element may be combined to form a circuit block.

【0057】ニューロン素子 次に各層を構成するニューロンについて説明する。各ニ
ューロン素子はいわゆるintegrate-and-fireニューロン
を基本として拡張モデル化したもので、入力信号(アク
ションポテンシャルに相当するパルス列)を時空間的に
線形加算した結果が閾値を越したら発火し、パルス状信
号を出力する点ではいわゆるintegrate-and-fireニュー
ロンと同じである。
[0057] will be described neuron element then neurons constituting each layer. Each neuron element is an extended model based on the so-called integral-and-fire neuron, and fires when the result of spatiotemporal linear addition of the input signal (pulse train corresponding to the action potential) exceeds the threshold, and the pulse shape It is the same as a so-called integral-and-fire neuron in that it outputs a signal.

【0058】図2(B)はニューロン素子としてのパル
ス発生回路(CMOS回路)の動作原理を表す基本構成
の一例を示し、公知の回路(IEEE Trans. on Neural Net
works Vol. 10, pp.540)を拡張したものである。ここで
は、入力として興奮性と抑制性の入力を受けるものとし
て構成されている。
FIG. 2B shows an example of a basic configuration representing the operation principle of a pulse generation circuit (CMOS circuit) as a neuron element, and a known circuit (IEEE Trans. On Neural Net).
works Vol. 10, pp. 540). Here, it is configured to receive excitatory and inhibitory inputs as inputs.

【0059】以下、このパルス発生回路の動作原理につ
いて説明する。興奮性入力側のキャパシタC1及び抵抗R
回路の時定数は、キャパシタC及び抵抗R回路の
時定数より小さく、定常状態では、トランジスタT
、Tは遮断されている。なお、抵抗は実際には、
ダイオードモードで結合するトランジスタで構成され
る。
Hereinafter, the operation principle of the pulse generation circuit will be described. Capacitor C 1 and resistor R excitatory input side
The time constant of one circuit is smaller than the time constant of the capacitor C 2 and the resistor R 2 , and in a steady state, the transistors T 1 ,
T 2 and T 3 are shut off. Note that the resistance is actually
It is composed of transistors coupled in diode mode.

【0060】キャパシタC1の電位が増加し、キャパシタ
C2のそれよりトランジスタTの閾値だけ上回ると、ト
ランジスタTはアクティブになり、更にトランジスタ
,Tをアクティブにする。トランジスタT,T
は、電流ミラー回路を構成し、図2の(B)の回路の
出力は、不図示の出力回路によりキャパシタC1側から出
力される。キャパシタCの電荷蓄積量が最大となる
と、トランジスタTは遮断され、その結果としてトラ
ンジスタT及びTも遮断され、上記正のフィードバ
ックは0となる様に構成されている。
[0060] potential of the capacitor C 1 is increased, the capacitor
Above than that of C 2 by the threshold value of the transistors T 1, transistors T 1 becomes active, further activates the transistor T 2, T 3. Transistors T 2 , T
3 constitutes a current mirror circuit, the output of the circuit of FIG. 2 (B), is output from the capacitor C 1 side by the output circuit (not shown). When the charge storage amount of the capacitor C 2 becomes maximum, transistors T 1 is blocked, as a result transistors T 2 and T 3 are also cut off, the positive feedback is constituted as a 0.

【0061】いわゆる不応期には、キャパシタCは放
電し、キャパシタCの電位がキャパシタCの電位よ
りも大で、その差がトランジスタTの閾値分を超えな
い限り、ニューロンは応答しない。キャパシタC、C
の交互充放電の繰り返しにより周期的なパルスが出力
され、その周波数は一般的には興奮性入力のレベルに対
応して定まる。但し、不応期が存在することにより、最
大値で制限されるようにすることもできるし、一定周波
数を出力するようにもできる。
[0061] so-called refractory period, the capacitor C 2 is discharged, the potential of the capacitor C 1 is large than the potential of the capacitor C 2, as long as the difference does not exceed the threshold value of the transistor T 1, the neuron does not respond . Capacitors C 1 and C
A periodic pulse is output by repeating the alternate charging and discharging of No. 2 and its frequency is generally determined according to the level of the excitatory input. However, depending on the presence of the refractory period, it is possible to limit the maximum value or to output a constant frequency.

【0062】キャパシタの電位、従って電荷蓄積量は、
基準電圧制御回路(時間窓重み関数発生回路)204によ
り時間的に制御される。この制御特性を反映するのが、
入力パルスに対する後述の時間窓内での重み付き加算で
ある(図7参照)。この基準電圧制御回路204は、後述
する同期検出信号に基づき、基準電圧信号(図7の
(B)の重み関数に相当)を発生する。
The potential of the capacitor, and hence the amount of charge stored, is
It is temporally controlled by a reference voltage control circuit (time window weight function generation circuit) 204. Reflecting this control characteristic,
This is weighted addition within a time window to be described later for the input pulse (see FIG. 7). The reference voltage control circuit 204 generates a reference voltage signal (corresponding to a weight function of FIG. 7B) based on a synchronization detection signal described later.

【0063】一般的に、入力信号の上記総和と出力レベ
ル(パルス位相、パルス周波数、パルス幅など)との関
係は、そのニューロンの感度特性によって変化し、ま
た、その感度特性は、上位層からのトップダウンの入力
により変化させることができる。以下では、説明の便宜
上、入力信号総和値に応じたパルス出力の周波数は、急
峻に立ち上がるように回路パラメータが設定されている
ものとし(従って周波数ドメインでは殆ど2値)、パル
ス位相変調により、出力レベル(位相変調を加えたタイ
ミングなど)が変動するものとする。
In general, the relationship between the sum of the input signals and the output level (pulse phase, pulse frequency, pulse width, etc.) changes depending on the sensitivity characteristics of the neuron. Can be changed by the top-down input of. In the following, for convenience of explanation, it is assumed that the circuit parameters are set such that the frequency of the pulse output corresponding to the total value of the input signal rises sharply (thus, almost binary in the frequency domain), and the output is performed by pulse phase modulation. It is assumed that the level (such as the timing at which phase modulation is applied) fluctuates.

【0064】また、パルス位相の変調部としては、後述
する図5に示すような回路を付加して用いてもよい。こ
れにより、時間窓内の重み関数が上記基準電圧により制
御される結果、このニューロンからのパルス出力の位相
が変化し、この位相をニューロンの出力レベルとして用
いることができる。
As a pulse phase modulator, a circuit as shown in FIG. 5 to be described later may be added. As a result, the weight function within the time window is controlled by the reference voltage. As a result, the phase of the pulse output from this neuron changes, and this phase can be used as the output level of the neuron.

【0065】シナプス結合でパルス位相変調を受けたパ
ルスについての時間的積分特性(受信感度特性)を与え
る図7の(B)に示すような重み関数の極大値に相当す
る時刻τw1は、一般的にシナプス結合で与えられる特徴
に固有なパルスの到着予定時刻τs1より時間的に早く設
定される。その結果、到着予定時刻より一定範囲で早く
(図7(B)の例では、到着の早すぎるパルスは減衰され
る)到着するパルスは、それを受け取るニューロンで
は、高い出力レベルを持ったパルス信号として時間的に
積分される。重み関数の形状はガウシアン等の対称形に
限らず、非対称形状であってもよい。なお、上述した趣
旨より、図7の(B)の各重み関数の中心は、パルス到
着予定時刻ではないことを注記しておく。
The time τ w1 corresponding to the maximum value of the weighting function as shown in FIG. 7B that gives the temporal integration characteristic (reception sensitivity characteristic) of the pulse subjected to the pulse phase modulation by the synaptic connection is generally The time is set earlier than the estimated arrival time τ s1 of the pulse unique to the feature given by the synaptic connection. As a result, a pulse arriving earlier within a certain range from the estimated arrival time (in the example of FIG. 7B, a pulse that arrives too early is attenuated) is a pulse signal having a high output level in the neuron receiving it. Is integrated over time. The shape of the weight function is not limited to a symmetric shape such as Gaussian, but may be an asymmetric shape. It should be noted that the center of each weighting function in FIG. 7B is not the expected pulse arrival time for the above-described purpose.

【0066】また、ニューロン出力(シナプス前)の位
相は、後述するように時間窓の始期を基準とし、その基
準時からの遅れ(位相)は位相同期検出後の電荷蓄積量
により決まるような出力特性を有する。このような出力
特性を与える回路構成の詳細については、本発明の主眼
とする所ではないので省略する。シナプス後のパルス位
相は当該シナプスにより与えられる固有の位相変調量に
シナプス前の位相を加算したものとなる。
The phase of the neuron output (before synapse) is based on the beginning of the time window as described later, and the delay (phase) from the reference time is determined by the amount of charge accumulation after phase synchronization detection. Has characteristics. The details of the circuit configuration for providing such output characteristics will not be described because they are not the focus of the present invention. The post-synaptic pulse phase is obtained by adding the pre-synaptic phase to the unique phase modulation amount given by the synapse.

【0067】また、窓関数などを用いることにより得ら
れる入力の総和値が閾値を越えたときに、所定タイミン
グ遅れて発振出力を出すような公知の回路構成を用いて
もよい。
A known circuit configuration may be used in which, when the total value of inputs obtained by using a window function or the like exceeds a threshold value, an oscillation output is output with a predetermined timing delay.

【0068】ニューロン素子の構成としては、特徴検出
層102または特徴統合層103に属するニューロンであっ
て、後述する位相同期回路に基づき発火パターンが制御
される場合には、出力の位相同期が達成された後、当該
ニューロンが、前段の層の受容野から受ける入力レベル
(上記の入力の単純または重み付き総和値)に応じた位
相遅れをもって、パルス出力するような回路構成であれ
ばよい。この場合、出力が位相同期する前では、入力レ
ベルに応じて各ニューロンは互いにランダムな位相でパ
ルス出力する過渡的な遷移状態が存在する。
The configuration of the neuron element is a neuron belonging to the feature detection layer 102 or the feature integration layer 103. When the firing pattern is controlled based on a phase synchronization circuit described later, phase synchronization of the output is achieved. After that, the circuit configuration may be such that the neuron outputs a pulse with a phase delay according to the input level (simple or weighted sum of the above input) received from the receptive field of the preceding layer. In this case, before the outputs are phase-synchronized, there is a transient transition state in which each neuron outputs pulses at random phases in accordance with the input level.

【0069】特徴検出層のニューロンは前述したように
特徴カテゴリに応じた受容野構造を有し、前段の層(入
力層または特徴統合層)のニューロンからの入力パルス
信号(電流値または電位)の時間窓関数による荷重総和
値(後述)が閾値以上となったとき、その総和値に応じ
て、例えばシグモイド関数等の一定レベルに漸近的に飽
和するような非減少かつ非線形な関数、即ちいわゆるsq
uashing関数値をとるような出力(ここでは位相変化で
与える;周波数、振幅、パルス幅基準での変化となる構
成でもよい)でパルス出力を行う。
As described above, the neurons in the feature detection layer have a receptive field structure according to the feature category, and the input pulse signal (current value or potential) from the neuron in the preceding layer (input layer or feature integration layer) is obtained. When the total weight of the time window function (described later) is equal to or greater than a threshold value, a non-decreasing and non-linear function that asymptotically saturates to a certain level, such as a sigmoid function, according to the total value, that is, a so-called sq
A pulse is output with an output that takes a uashing function value (here, given by a phase change; a configuration that changes based on frequency, amplitude, and pulse width may be used).

【0070】シナプス回路等 図4は、シナプス回路202(Si)においてニューロンni
結合先である各ニューロンn'jへのシナプス結合強度
(位相遅延等に関する変調の大きさを意味する)を与え
る各小回路がマトリクス的に配置されていることを示
す。
[0070] Synaptic circuits such as FIG. 4, synaptic to each neuron n 'j is the coupling destination of the neuron n i at the synapse circuit 202 (S i) to (meaning the size of the modulation about the phase delay, etc.) This shows that the given small circuits are arranged in a matrix.

【0071】ネットワークが結合荷重の共有結合形式
(特に、1個の重み係数でシナプス結合を同一に表す場
合)になるような構成をとる場合には、各シナプスでの
遅延量(下記のPij)が図3の場合と違って同一受容野
内で一様とすることができる。特に、特徴検出層から特
徴統合層への結合は、特徴統合層がその前段の層である
特徴検出層出力の局所平均化(ただし、一様重み付けと
する)によるサブサンプリングを行う場合には、検出対
象によらず(即ち、課題によらず)このように構成する
ことができる。
When the network has a configuration in which the connection weight has a covalent connection form (particularly, a case where the synapse connection is represented by a single weight coefficient), the delay amount at each synapse (P ij described below) 3) can be uniform within the same receptive field unlike the case of FIG. In particular, the connection from the feature detection layer to the feature integration layer is performed when the feature integration layer performs sub-sampling by local averaging (however, using uniform weighting) of the output of the feature detection layer that is the preceding layer. Such a configuration can be made regardless of the detection target (that is, regardless of the problem).

【0072】この場合、図4の(A)の各小回路401
は、図4の(C)のように、単一の回路Sk,iで済み、特
に経済的な回路構成となる。一方、特徴統合層(または
センサ入力層)から特徴検出層への結合がこのようにな
っている場合、特徴検出ニューロンが検出するのは、複
数の異なる特徴要素を表すパルスの同時到着(或いは、
略同時到着)という、イベントである。
In this case, each small circuit 401 shown in FIG.
Requires only a single circuit Sk, i as shown in FIG. 4C , which is a particularly economical circuit configuration. On the other hand, if the coupling from the feature integration layer (or the sensor input layer) to the feature detection layer is like this, the feature detection neuron will detect the simultaneous arrival of pulses representing multiple different feature elements (or
It is an event called “almost simultaneous arrival”.

【0073】図4の(B)に示すように各シナプス結合
小回路401は、学習回路402と位相遅延回路403とからな
る。学習回路402は、位相遅延回路403の特性を変化させ
ることにより、上記遅延量を調整し、また、その特性値
(或いはその制御値)を浮遊ゲート素子、或いは浮遊ゲ
ート素子と結合したキャパシタ上に記憶するものであ
る。位相遅延回路403はパルス位相変調回路であり、例
えば、図5(A)に示すような単安定マルチバイブレー
タ506、507及び、抵抗501、504、キャパシタ503、505、
トランジスター502を用いた構成がある。図5(B)は
単安定マルチバイブレータ506へ入力された方形波P1(図
5(B)[1])、単安定マルチバイブレータ506から出力
される方形波P2(同[2])、単安定マルチバイブレータ507
から出力される方形波P3(同[3])の各タイミングを表し
ている。
As shown in FIG. 4B, each synapse connection small circuit 401 includes a learning circuit 402 and a phase delay circuit 403. The learning circuit 402 adjusts the delay amount by changing the characteristics of the phase delay circuit 403, and also stores the characteristic value (or its control value) on the floating gate element or on a capacitor coupled to the floating gate element. It is something to memorize. The phase delay circuit 403 is a pulse phase modulation circuit, and includes, for example, monostable multivibrators 506 and 507, resistors 501 and 504, capacitors 503 and 505 as shown in FIG.
There is a structure using the transistor 502. FIG. 5B shows a square wave P1 input to the monostable multivibrator 506 (FIG. 5B [1]), a square wave P2 output from the monostable multivibrator 506 (the same [2]), a monostable Multivibrator 507
Represents the respective timings of the square wave P3 ([3]) output from.

【0074】位相遅延回路403の動作機構の詳細につい
ては説明を省略するが、P1のパルス幅は、充電電流に
よるキャパシタ503の電圧が予め定められた閾値に達す
るまでの時間で決まり、P2の幅は抵抗504とキャパシ
タ505による時定数で決まる。P2のパルス幅が(図5
の(B)の点線方形波のように)広がって、その立ち下
がり時点が後にずれるとP3の立ち上がり時点も同じ量
ずれるが、P3のパルス幅は変わらないので、結果的に
入力パルスの位相だけが変調されて出力されたことにな
る。
The details of the operation mechanism of the phase delay circuit 403 are omitted, but the pulse width of P1 is determined by the time until the voltage of the capacitor 503 due to the charging current reaches a predetermined threshold, and the width of P2 Is determined by the time constant of the resistor 504 and the capacitor 505. When the pulse width of P2 is
If the falling point shifts later, the rising point of P3 also shifts by the same amount, but the pulse width of P3 does not change. As a result, only the phase of the input pulse is changed. Is modulated and output.

【0075】制御電圧Ecを基準電圧のリフレッシュ回路
509と結合荷重を与えるキャパシタ508への電荷蓄積量制
御を行う学習回路402で変化させることにより、パルス
位相(遅延量)を制御することができる。この結合荷重
の長期保持のためには、学習動作後に図5の(A)の回
路の外側に付加される浮遊ゲート素子(図示せず)のチ
ャージとして、或いはデジタルメモリへの書き込み等を
行って結合荷重を格納してもよい。その他回路規模を小
さくなるように工夫した構成(例えば、特開平5-37317
号公報、特開平10-327054号公報参照)など周知の回路
構成を用いることができる。
A refresh circuit that uses the control voltage Ec as a reference voltage
The pulse phase (delay amount) can be controlled by changing the learning circuit 402 that controls the amount of charge stored in the capacitor 508 that applies the connection weight to the capacitor 509. In order to maintain the connection weight for a long period of time, after the learning operation, as a charge of a floating gate element (not shown) added to the outside of the circuit of FIG. The coupling load may be stored. Other configurations designed to reduce the circuit scale (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-37317)
A publicly known circuit configuration such as that described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-327054 can be used.

【0076】パルスの同時到着、或いは所定の位相変調
量を実現するシナプスでの学習回路の例としては、図5
の(C)に示すような回路要素を有するものを用いれば
よい。即ち、学習回路402をパルス伝播時間計測回路510
(ここで、伝播時間とは、ある層のニューロンの前シナ
プスでのパルス出力時刻と次の層上にある出力先ニュー
ロンでの当該パルスの到着時刻との時間差をさす)、時
間窓発生回路511、及び伝播時間が一定値となるように
シナプス部でのパルス位相変調量を調整するパルス位相
変調量調整回路512から構成できる。
FIG. 5 shows an example of a learning circuit at the synapse that achieves simultaneous arrival of pulses or a predetermined amount of phase modulation.
What has a circuit element as shown in FIG. That is, the learning circuit 402 is connected to the pulse propagation time measurement circuit 510.
(Here, the propagation time refers to a time difference between a pulse output time at a pre-synapse of a neuron of a certain layer and an arrival time of the pulse at an output destination neuron on the next layer), a time window generating circuit 511. , And a pulse phase modulation amount adjustment circuit 512 that adjusts the pulse phase modulation amount at the synapse so that the propagation time becomes a constant value.

【0077】なお、時間窓は出力先ニューロンの発火時
点を基準として設定することにより、以下に示すような
拡張されたHebbの学習則が適用される。
By setting the time window based on the firing point of the output destination neuron, the extended Hebb's learning rule shown below is applied.

【0078】特徴検出層(1,0)での処理(Gabor wavelet
変換等による低次特徴抽出) 特徴検出層(1,0)には、局所的な、ある大きさの領域
で所定の空間周波数を持ち、方向成分が垂直であるよう
なパターンの構造(低次特徴)を検出するのニューロン
があるとすると、データ入力層1上のN1の受容野内に該
当する構造が存在すれば、そのコントラストに応じた位
相でパルス出力する。このような機能はGabor filterに
より実現することができる。以下、特徴検出層(1,0)
の各ニューロンが行う特徴検出フィルタ機能について説
明する。
Processing at the feature detection layer (1,0) (Gabor wavelet
( Lower-order feature extraction by transformation, etc.) The feature detection layer (1, 0) has a pattern structure (lower-order feature) having a predetermined spatial frequency in a local area of a certain size and having a vertical directional component. Assuming that there is a neuron for detecting the characteristic, if there is a corresponding structure in the N1 receptive field on the data input layer 1, a pulse is output at a phase corresponding to the contrast. Such a function can be realized by a Gabor filter. Hereinafter, the feature detection layer (1, 0)
The feature detection filter function performed by each neuron will be described.

【0079】特徴検出層(1,0)では、多重スケール、
多重方向成分のフィルタセットで表されるGaborウエー
ブレット変換を行うものとし、層内の各ニューロン(ま
たは複数ニューロンからなる各グループ)は、所定の G
aborフィルタ機能を有する。特徴検出層では、スケール
レベル(解像度)が一定で方向選択性の異なる複数のGa
bor関数の畳み込み演算カーネルに対応する受容野構造
を有するニューロンからなる複数のニューロン集団を一
まとめにして一つのチャネルを形成する。同一チャネル
を形成するニューロン群は方向選択性が異なり、サイズ
選択性が同一のニューロン群どうしを互いに近接した位
置に配置してもよいし、同一の特徴カテゴリに属し、異
なる処理チャネルに属するニューロン群どうしが互いに
近接配置されるようにしてもよい。これは、集団的符号
化における後述する結合処理の都合上各図に示すような
配置構成にした方が、回路構成上実現しやすいことによ
る。
In the feature detection layer (1, 0), multi-scale
It is assumed that Gabor wavelet transform represented by a filter set of multi-directional components is performed, and each neuron (or each group including a plurality of neurons) in a layer has a predetermined G value.
It has an abor filter function. In the feature detection layer, a plurality of Gas with a fixed scale level (resolution) and different direction selectivities
A plurality of neuron groups consisting of neurons having a receptive field structure corresponding to the convolution operation kernel of the bor function are collectively formed to form one channel. Neurons that form the same channel have different direction selectivities, and neurons with the same size selectivity may be placed close to each other, or neurons that belong to the same feature category and belong to different processing channels. They may be arranged close to each other. This is because the arrangement configuration as shown in each drawing is easier to realize in terms of the circuit configuration for the sake of the combining process described later in the collective coding.

【0080】なお、Gabor wavelet変換を神経回路網で
行う方法の詳細については、Daugman(1988)による文献
(IEEE Trans. on Acoustics, Speech, and Signal Pro
cessing, vol.36, pp.1169-1179)を参照されたい。
The details of the method of performing the Gabor wavelet conversion in a neural network are described in a document by Daugman (1988) (IEEE Trans. On Acoustics, Speech, and Signal Pro
cessing, vol. 36, pp. 1169-1179).

【0081】特徴検出層(1,0)の各ニューロンは、g
mnに対応する受容野構造を有する。同じスケールインデ
ックスmを有するgmnは同じサイズの受容野を有し、演
算上は対応するカーネルgmnサイズもスケールインデッ
クスに応じた大きさを有するようにしてある。ここで
は、最も粗いスケールから順に入力画像上の30×3
0、15×15、7×7のサイズとした。各ニューロン
は、分布重み係数と画像データとの積和入力を行って得
られるウエーブレット変換係数値の非線型squashing関
数となる出力レベル(ここでは位相基準とする;但し、
周波数、振幅、パルス幅基準となる構成でもよい)でパ
ルス出力を行う。この結果、この層(1,0)全体の出
力として、Gabor wavelet変換が行われたことになる。
Each neuron of the feature detection layer (1,0) is represented by g
It has a receptive field structure corresponding to mn . G mn having the same scale index m has the same size receptive field, and the corresponding kernel g mn size has a size corresponding to the scale index in operation. Here, 30 × 3 on the input image in order from the coarsest scale
The sizes were 0, 15 × 15, and 7 × 7. Each neuron outputs a non-linear squashing function of a wavelet transform coefficient value obtained by inputting a product sum of a distribution weight coefficient and image data (here, a phase reference is used;
The pulse output may be performed based on the frequency, amplitude, and pulse width. As a result, Gabor wavelet conversion is performed as the output of the entire layer (1, 0).

【0082】特徴検出層での処理(中次、高次特徴抽
出) 後続の特徴検出層((1,1)、(1,2)、・・・)の各ニュ
ーロンは、上記特徴検出層(1,0)とは異なり、認識対象
のパターンに固有の特徴を検出する受容野構造をいわゆ
るHebb学習則等により形成する。後の層ほど特徴検出を
行う局所的な領域のサイズが認識対象全体のサイズに段
階的に近くなり、幾何学的には中次または高次の特徴を
検出する。
Processing at the feature detection layer (medium and high order feature extraction)
Out) subsequent feature detection layer ((1,1), (1,2), each neuron ...), unlike the feature detection layer (1,0), a unique feature in the pattern to be recognized Is formed by the so-called Hebb learning rule or the like. The size of the local region where the feature detection is performed gradually becomes closer to the size of the entire recognition target in a later layer, and a medium-order or higher-order feature is geometrically detected.

【0083】例えば、顔の検出認識を行う場合には中次
(または高次)の特徴とは顔を構成する目、鼻、口等の
図形要素のレベルでの特徴を表す。異なる処理チャネル
間では、同じ階層レベル(検出される特徴の複雑さが同
レベル)であれば、検出される特徴の違いは、同一カテ
ゴリであるが、互いに異なるスケールで検出されたもの
であることにある。例えば、中次の特徴としての「目」
は異なる処理チャネルでは、サイズの異なる「目」とし
て検出を行う。即ち、画像中の与えられたサイズの
「目」に対してスケールレベル選択性の異なる複数の処
理チャネルにおいて検出が試みられる。
For example, in the case of performing face detection and recognition, the middle-order (or higher-order) features represent features at the level of a figure element such as an eye, a nose, and a mouth that constitute the face. If different processing channels have the same hierarchical level (the complexity of detected features is the same level), the detected features differ in the same category but are detected on different scales. It is in. For example, "eye" as a secondary feature
In different processing channels, detection is performed as "eyes" having different sizes. That is, detection is attempted in a plurality of processing channels with different scale level selectivity for a given size "eye" in the image.

【0084】なお、特徴検出層ニューロンは一般的に
(低次、高次特徴抽出に依らず)、出力の安定化のために
抑制性(分流型抑制:shunting inhibition)の結合を前
段の層出力に基づいて受けるような機構を有してもよ
い。
Note that the feature detection layer neurons are generally
A mechanism may be provided to receive the coupling of the shunting inhibition (shunting inhibition) based on the output of the preceding layer in order to stabilize the output (independent of low-order and higher-order feature extraction). .

【0085】特徴統合層での処理 特徴統合層((2,0)、(2,1)、・・・)のニューロンに
ついて説明する。図1に示すごとく特徴検出層(例えば
(1,0))から特徴統合層(例えば(2,0))への結合は、
当該特徴統合ニューロンの受容野内にある前段の特徴検
出層の同一特徴要素(タイプ)のニューロンから興奮性
結合の入力及び後述する位相同期回路の出力をともに図
2(B)の興奮性入力側で受けるように構成され、統合
層のニューロンの機能は前述したごとく、各特徴カテゴ
リごとの局所平均化またはサブサンプリング等である。
Processing in the Feature Integration Layer The neurons in the feature integration layer ((2,0), (2,1),...) Will be described. As shown in FIG. 1, a feature detection layer (for example,
The connection from (1,0)) to the feature integration layer (eg, (2,0)) is
Both the input of the excitatory connection and the output of the phase-locked loop described later from the neuron of the same feature element (type) in the preceding feature detection layer in the receptive field of the feature-integrated neuron on the excitatory input side in FIG. The function of the neuron of the integrated layer is local averaging or sub-sampling for each feature category, as described above.

【0086】前者によれば、複数の同一種類の特徴のパ
ルスを入力し、それらを局所的な領域(受容野)で統合
して平均化する(或いは、受容野内での最大値等の代表
値を算出する)ことにより、その特徴の位置のゆらぎ、
変形に対しても確実に検出することができる。このた
め、特徴統合層ニューロンの受容野構造は、特徴カテゴ
リによらず一様(例えば、いずれも所定サイズの矩形領
域であって、かつ感度または重み係数がその中で一様分
布するなど)となるように構成してよい。
According to the former, a plurality of pulses of the same type of characteristic are input, and they are integrated and averaged in a local area (receptive field) (or a representative value such as a maximum value in the receptive field). ), The position fluctuation of the feature,
Deformation can be reliably detected. For this reason, the receptive field structure of the feature integration layer neuron is uniform regardless of the feature category (for example, each is a rectangular region of a predetermined size, and the sensitivity or the weight coefficient is uniformly distributed therein). You may comprise so that it may become.

【0087】特徴統合層でのパルス信号処理 このように本実施形態では、特徴統合細胞は、その前の
層番号(1,k)の特徴検出層上の位相同期回路からの同期
検出信号を受けるようには、構成していない。なぜなら
ば、特徴統合細胞においては、入力パルスの到着時間パ
ターンではなく、むしろ一定の時間範囲での入力レベル
(入力パルスの時間的総和値など)によって決まる位相
(周波数、パルス幅、振幅のいずれかが依存してもよい
が、本実施形態では位相とした)でのパルス出力をする
ため、時間窓の発生タイミングは余り重要ではないから
である。なお、このことは、特徴統合細胞が前段の層の
特徴検出層の位相同期回路からの同期検出信号を受ける
構成を排除する趣旨ではなく、そのような構成も可能で
あることはいうまでもない。
In this embodiment , the pulse signal processing in the feature integration layer receives the synchronization detection signal from the phase synchronization circuit on the feature detection layer of the preceding layer number (1, k). Not so configured. This is because, in a feature-integrated cell, the phase (frequency, pulse width, or amplitude) determined by the input level (such as the sum of the input pulses over time) within a certain time range, rather than the arrival time pattern of the input pulse. However, since the pulse is output in the present embodiment, the timing is not so important because the pulse is output. It should be noted that this is not intended to exclude the configuration in which the feature-integrated cell receives the synchronization detection signal from the phase synchronization circuit of the feature detection layer in the preceding layer, and it goes without saying that such a configuration is also possible. .

【0088】パターン検出、及び位相同期の動作原理 次に、2次元図形パターンのパルス符号化と検出方法に
ついて説明する。図3は、特徴統合層から特徴検出層へ
の(例えば、図1の層(2,0)から層(1,1)への)パル
ス信号の伝播の様子を模式的に示したものである。特徴
統合層側の各ニューロンniは、それぞれ異なる特徴量
(或いは特徴要素)に対応し、特徴検出層側のニューロ
ンn'jは、同一受容野内の各特徴を組み合わせて得られ
る、より高次の特徴(図形要素)の検出に関与する。
The principle of operation of pattern detection and phase synchronization Next, pulse encoding and detection of a two-dimensional figure pattern will be described. FIG. 3 schematically shows the propagation of a pulse signal from the feature integration layer to the feature detection layer (for example, from layer (2,0) to layer (1,1) in FIG. 1). . Each neuron n i on the feature integration layer side corresponds to a different feature amount (or feature element), and a neuron n ′ j on the feature detection layer side is a higher order neuron obtained by combining the features in the same receptive field. Related to the detection of features (graphic elements).

【0089】各ニューロン間結合には、パルスの伝播時
間とニューロンniからニューロンn' jへのシナプス結合
(Sj,i)での時間遅れ等による固有(特徴に固有)の
遅延が生じ、その結果としてニューロンn'jに到着する
パルス列Piは、特徴統合層の各ニューロンからパルス出
力がなされる限り、学習によって決まるシナプス結合で
の遅延量により、所定の順序(及び間隔)になっている
(図3(A)では、P4,P3,P2,P1の順に到着するように示
されている)。
The connection between each neuron is made during the pulse propagation.
Between and neuron niFrom neuron n ' jSynaptic connection to
(Sj, i) Due to time delay etc. (specific to feature)
A delay occurs, resulting in neuron n 'jArrive at
The pulse train Pi is a pulse output from each neuron in the feature integration layer.
As long as the power is exerted, the synaptic connections determined by learning
Are in a predetermined order (and interval) depending on the delay amount of
(In FIG. 3A, PFour, PThree, PTwo, P1Shown to arrive in the order
Has been).

【0090】図3(B)は、後述する位相同期回路から
の同期検出信号を用いて時間窓の同期制御を行う場合に
おいて、特徴統合層ニューロン間の位相同期がとれた後
についての層番号(2,k)上の特徴統合細胞n、n、n
(それぞれ異なる種類の特徴を表す)から、層番号
(1,k+1)上のある特徴検出細胞(n'j)(より上位の特徴
検出を行う)へのパルス伝播のタイミング等を示す。
FIG. 3 (B) shows the layer number after the phase synchronization between the feature integrated layer neurons is achieved when the time window synchronization control is performed using the synchronization detection signal from the phase synchronization circuit described later. 2, k) the feature integration cells n 1 on, n 2, n
3 Shows the timing of pulse propagation from (each representing a different type of feature) to a certain feature detection cell (n'j) on layer number (1, k + 1) (which performs higher-level feature detection) .

【0091】図13において位相同期回路は、同一の受
容野を形成し、かつ異なる種類の特徴を検出する特徴検
出ニューロンに付随し、それらと同一の受容野を形成し
て、特徴統合層(または入力層)からの興奮性結合を受
ける。また、位相同期回路からの出力はかかる特徴統合
層ニューロンの興奮性入力へも出力されるため、特徴統
合層ニューロン群と位相同期回路間での(ループ状の)
相互結合が存在する。
In FIG. 13, the phase-locked loop forms the same receptive field and accompanies a feature detecting neuron that detects different types of features, forms the same receptive field as these, and forms a feature integration layer (or Input from the input layer). Further, since the output from the phase locked loop is also output to the excitatory input of the feature integrated layer neuron, a (loop-like) connection between the feature integrated layer neuron group and the phase locked loop is generated.
Interconnection exists.

【0092】続いて、本実施形態の主眼である位相同期
の動作原理について、詳しく説明する。
Next, the operation principle of phase synchronization, which is the main feature of this embodiment, will be described in detail.

【0093】まず本実施形態の回路構成は、図13に示
すように、特徴統合層ニューロンからの出力信号が入力
されて前記出力信号の位相同期を検出し、かつスイッチ
1,2を制御し、かつ同期検出信号を出力する同期検出
手段と、特徴統合層ニューロンとの相互結合を有し、特
徴検出層ニューロンとしての機能と位相同期信号発生回
路としての機能の2種類の機能を果たす手段を有する。
First, as shown in FIG. 13, the circuit configuration of the present embodiment receives an output signal from the feature integration layer neuron, detects the phase synchronization of the output signal, and controls the switches 1 and 2, A synchronous detection means for outputting a synchronous detection signal; and a means having mutual connection with the feature integration layer neuron and performing two functions of a function as a feature detection layer neuron and a function as a phase synchronization signal generation circuit. .

【0094】なお、前記2種類の機能は、スイッチ1,
2の操作によって切り替えられる。
The two types of functions are a switch 1 and a switch 1.
It is switched by the operation of 2.

【0095】続いて前記構成における処理の流れを順を
追って、説明する。
Next, the flow of processing in the above configuration will be described step by step.

【0096】まず、図13の特徴検出層ニューロン及び
位相同期信号発生回路は、特徴統合層ニューロンの出力
の位相同期が確立するまでは、位相同期信号発生回路と
して機能する(以下、位相同期が確立するまでは、位相
同期信号発生回路と呼ぶ)。
First, the feature detection layer neuron and the phase synchronization signal generation circuit of FIG. 13 function as a phase synchronization signal generation circuit until the phase synchronization of the output of the feature integration layer neuron is established (hereinafter, phase synchronization is established). Until this is done, it is called a phase synchronization signal generation circuit).

【0097】なお、現時点では、スイッチ1は下側,ス
イッチ2は上側に接続されている。
At this time, the switch 1 is connected to the lower side, and the switch 2 is connected to the upper side.

【0098】特徴統合層ニューロンが前段層からの出力
を受けて発火して出力を行うと、その出力信号が増幅器
による増幅を受けた後、位相同期信号発生回路に入力さ
れる。
When the feature integrated layer neuron receives and outputs the output from the preceding layer and fires, the output signal is amplified by an amplifier and then input to the phase synchronization signal generation circuit.

【0099】位相同期信号発生回路は、前記入力を一つ
でも受けとると、特徴統合層ニューロンに対して、パル
ス信号である位相同期信号の出力を行う。
Upon receiving at least one of the inputs, the phase synchronization signal generation circuit outputs a phase synchronization signal, which is a pulse signal, to the feature integration layer neuron.

【0100】ここで、位相同期信号発生回路の閾値特性
は所定の値を持つものとして、特徴統合層ニューロンか
らの出力を一旦増幅器に通し、位相同期信号発生回路が
一つのパルスで発火できるように増幅する。
Here, assuming that the threshold characteristic of the phase synchronization signal generation circuit has a predetermined value, the output from the feature integration layer neuron is once passed through an amplifier so that the phase synchronization signal generation circuit can fire with one pulse. Amplify.

【0101】続いて、前記位相同期信号発生回路の発火
により出力される位相同期信号は、特徴統合層ニューロ
ンに入力されるのであるが、ここで、最終的に特徴統合
層ニューロンが受け取る位相同期信号レベルは、位相同
期信号発生回路の出力パルスを増幅器に入力して信号レ
ベルを増幅し、特徴統合層ニューロンの内部電位が許容
位相差以内に閾値に達することができるように設定され
る。
Subsequently, the phase synchronization signal output by the firing of the phase synchronization signal generation circuit is input to the feature integration layer neuron. Here, the phase synchronization signal finally received by the feature integration layer neuron is obtained. The level is set so that the output pulse of the phase synchronization signal generation circuit is input to the amplifier to amplify the signal level, and the internal potential of the feature integration layer neuron can reach the threshold value within the allowable phase difference.

【0102】ここで許容位相差とは、図16における位
相同期検出窓幅に相当しており、後述するように、位相
同期検出手段は、前記位相同期検出窓内で入力された特
徴統合層ニューロンからの出力信号の積分値によって、
位相同期を検出する。
Here, the allowable phase difference corresponds to the width of the phase synchronization detection window in FIG. 16. As will be described later, the phase synchronization detection means operates the feature integration layer neuron input in the phase synchronization detection window. By the integrated value of the output signal from
Detect phase synchronization.

【0103】特徴統合層ニューロンは、位相同期パルス
信号を受け取ると、ちょうど不応期にある場合を除い
て、いかなる内部状態であっても位相同期パルス信号に
よって発火閾値レベルを超える。
Upon receiving the phase-locked pulse signal, the feature-integration-layer neuron exceeds the firing threshold level by the phase-locked pulse signal in any internal state except in a refractory period.

【0104】ここで、図15(B)に示すように、位相
同期パルス信号が入力された時点でのそれぞれの特徴統
合層ニューロンの内部状態の差異により、特徴統合層ニ
ューロンの発火の位相には微少な差が生じるが、前述し
たように、位相同期信号レベルは前記位相差が許容位相
差以下となるように設定されているため、不応期以外に
位相同期信号を入力された特徴統合層ニューロンのそれ
ぞれの出力は、位相差が許容位相差以内となり、同期状
態となる。
Here, as shown in FIG. 15B, due to the difference in the internal state of each feature integration layer neuron when the phase-locked pulse signal is input, the firing phase of the feature integration layer neuron is Although a slight difference occurs, as described above, the phase synchronization signal level is set so that the phase difference is equal to or less than the allowable phase difference. Have a phase difference within the allowable phase difference, and are in a synchronized state.

【0105】そしてさらに、前述の動作において不応期
にあった特徴統合層ニューロンが、不応期以外のタイミ
ングで位相同期信号を受け取り発火するまで、前述の動
作を繰り返すことで、最終的に全ての特徴統合層ニュー
ロンの出力の同期をとることができる。
Further, the above-described operation is repeated until the feature integration layer neuron, which has been in the refractory period in the above-described operation, receives the phase synchronization signal at a timing other than the refractory period and fires, thereby finally achieving all the features. The output of the integrated layer neuron can be synchronized.

【0106】続いて、以上の位相同期状態を検出するた
めの位相同期検出手段について説明する。
Next, the phase synchronization detecting means for detecting the above-mentioned phase synchronization state will be described.

【0107】図13に示すように、位相同期検出手段は
特徴統合層ニューロンの出力を入力信号として受け取
る。
As shown in FIG. 13, the phase synchronization detecting means receives the output of the feature integration layer neuron as an input signal.

【0108】ここで、図14(A)、(B)に示すよう
に、位相同期検出手段は前述のニューロン素子の項で説
明した特徴統合層ニューロンと同様の構成を有し、位相
同期検出窓発生回路によって決定される既定の時間を有
する位相同期検出窓内の入力値を積分し、その値が閾値
を越える場合に発火し、出力を行う。
Here, as shown in FIGS. 14A and 14B, the phase synchronization detecting means has the same configuration as that of the feature integration layer neuron explained in the section on the neuron element, and the phase synchronization detection window An input value within a phase synchronization detection window having a predetermined time determined by a generation circuit is integrated, and when the value exceeds a threshold value, a fire is generated and an output is performed.

【0109】従って、この位相同期検出窓の時間幅を前
述の特徴統合層ニューロンが位相同期した場合におけ
る、許容位相差に設定しておき、さらに発火閾値を結合
する全ての特徴統合層ニューロンの出力の積分値に設定
しておくことで、特徴統合層ニューロンの位相同期を検
出することが可能となる。
Therefore, the time width of the phase synchronization detection window is set to an allowable phase difference when the above-mentioned feature integration layer neurons are phase-locked, and the outputs of all feature integration layer neurons that combine firing thresholds are set. By setting this value to the integral value, it becomes possible to detect the phase synchronization of the feature integration layer neuron.

【0110】すなわち図16に示すように、許容位相差
を位相同期検出窓として設定することにより、全ての特
徴統合層ニューロンの出力が同期した場合には位相同期
検出手段におけるニューロン素子回路では、位相同期検
出窓内での入力積分値が閾値に達して発火するため、結
果として特徴統合層ニューロンの同期発火を検出するこ
とができる。
That is, as shown in FIG. 16, by setting the allowable phase difference as the phase synchronization detection window, when the outputs of all the feature integration layer neurons are synchronized, the phase synchronization detection means in the neuron element circuit in the phase synchronization detection means Since the input integrated value within the synchronization detection window reaches the threshold value and fires, as a result, the synchronization firing of the feature integration layer neuron can be detected.

【0111】続いて、位相同期検出後の動作について説
明する。
Next, the operation after detecting the phase synchronization will be described.

【0112】図14(A)に示すように、位相同期検出
手段は、ニューロン素子回路の出力に応じてスイッチ制
御信号を発生するスイッチ制御信号発生回路と、前記出
力に応じて同期検出信号を発生する同期検出信号発生回
路を有する。
As shown in FIG. 14A, the phase synchronization detecting means includes a switch control signal generating circuit for generating a switch control signal in accordance with the output of the neuron element circuit, and a synchronous detection signal in accordance with the output. A synchronization detection signal generating circuit.

【0113】位相同期検出手段は、前述の様にニューロ
ン素子回路の発火によって特徴統合層ニューロンの位相
同期を検出すると、ニューロン素子回路の出力を受けた
前記スイッチ制御信号発生回路によりスイッチ制御信号
を出力し、スイッチ1を上側に切り替える。
When the phase synchronization detecting means detects the phase synchronization of the feature integration layer neuron by firing the neuron element circuit as described above, it outputs a switch control signal by the switch control signal generation circuit receiving the output of the neuron element circuit. Then, the switch 1 is switched upward.

【0114】これにより、位相同期信号発生回路に対す
る入力は、特徴統合層ニューロンの出力が図13中のシ
ナプス回路S1〜S4の処理を受けたものとなり、ここ
に位相同期信号発生回路の機能が、特徴検出層ニューロ
ンの機能に切り替わったことを意味する(以下、特徴検
出層ニューロンが後述する特徴統合層ニューロンの出力
信号に基づく演算・出力を完了するまでは、前記位相同
期信号発生回路を特徴検出層ニューロンと呼ぶ)。
As a result, the input to the phase synchronization signal generation circuit becomes the output of the feature integration layer neuron subjected to the processing of the synapse circuits S1 to S4 in FIG. 13, and the function of the phase synchronization signal generation circuit is This means that the function has been switched to the function of the feature detection layer neuron (hereinafter, until the feature detection layer neuron completes the calculation and output based on the output signal of the feature integration layer neuron described later, the phase synchronization signal generation circuit performs the feature detection. Layer neurons).

【0115】そしてさらに位相同期検出手段は、特徴検
出層ニューロンからの出力を後段の処理階層に送るた
め、ニューロン素子回路の出力を受けた前記スイッチ制
御信号発生回路によりスイッチ制御信号を出力し、スイ
ッチ2を下側に切り替えて、特徴検出層ニューロンと後
段の特徴統合層ニューロン間の接続を導通状態にする。
Further, the phase synchronization detecting means outputs a switch control signal by the switch control signal generating circuit which has received the output of the neuron element circuit, in order to send the output from the feature detection layer neuron to the subsequent processing hierarchy, and 2, the connection between the feature detection layer neuron and the subsequent feature integration layer neuron is made conductive.

【0116】ここで、特徴検出層ニューロンに入力され
る特徴統合層ニューロンの出力信号は、前述のスイッチ
ング動作によって特徴統合層ニューロンへの位相同期信
号の入力がストップされるため、純粋に特徴統合層ニュ
ーロンの前段層からの入力に応じた発火による出力信号
となる。
Here, the output signal of the feature integration layer neuron input to the feature detection layer neuron is purely the input of the phase synchronization signal to the feature integration layer neuron by the above-described switching operation. It becomes an output signal by firing according to the input from the previous layer of the neuron.

【0117】さらに位相同期検出手段は、ニューロン素
子回路の出力を受けた前記同期検出信号発生回路により
特徴検出層ニューロンに対して同期検出信号を出力し、
後述する時間窓の発生タイミングの基準時間を与える。
Further, the phase synchronization detection means outputs a synchronization detection signal to the feature detection layer neuron by the synchronization detection signal generation circuit receiving the output of the neuron element circuit,
A reference time for the generation timing of a time window described later is given.

【0118】この場合、事前に特徴統合層からの出力が
特徴検出層に到着するまでに要する時間を算出しておく
ことで、同期検出信号と時間窓の発生タイミングの関係
を適切に設定することが可能となる。
In this case, by calculating in advance the time required for the output from the feature integration layer to arrive at the feature detection layer, it is possible to appropriately set the relationship between the synchronization detection signal and the time window generation timing. Becomes possible.

【0119】本実施形態においては、同期検出信号をパ
ルス状信号とし、それが特徴検出層ニューロンに入力さ
れた時点を時間窓の始点と設定している。
In this embodiment, the synchronization detection signal is a pulse-like signal, and the time when the signal is input to the feature detection layer neuron is set as the start point of the time window.

【0120】なお、以上説明した位相同期処理過程にお
いて、重複受容野部分にあたる統合層ニューロンは、図
15(A)(図中、前段層から特徴統合層ニューロンへ
の入力は細線で示し、特徴統合層ニューロンから特徴検
出層ニューロンへの入力は点線で示し、位相同期信号は
太線で示した。また同期検出手段、スイッチ1、2、シ
ナプス回路、および増幅器は省略した)に示すように異
なる複数の位相同期信号の入力を受けるが、重複受容野
部分にあたる統合層ニューロンが、前段層からの入力、
もしくは位相同期信号発生回路からの入力のいずれかに
よってでも、一度でも発火すれば、その出力パルスは同
時に複数の位相同期信号発生回路に入力されるため、そ
の時点で複数の位相同期信号の位相も同期する。
In the phase synchronization process described above, the integrated layer neurons corresponding to the overlapping receptive field portion are shown in FIG. 15A (in FIG. 15A, inputs from the preceding layer to the feature integrated layer neurons are indicated by thin lines, and The input from the layer neuron to the feature detection layer neuron is indicated by a dotted line, the phase synchronization signal is indicated by a bold line, and the synchronization detecting means, switches 1, 2, the synapse circuit, and the amplifier are omitted as shown in FIG. The phase-locked neuron receives the input of the phase-locked signal.
Alternatively, even if any one of the inputs from the phase synchronization signal generation circuit fires at least once, the output pulse is simultaneously input to the plurality of phase synchronization signal generation circuits, so that the phases of the plurality of phase synchronization signals at that time also change. Synchronize.

【0121】従って、それ以降の重複受容野部分にあた
る特徴統合層ニューロンには、複数の位相同期信号がそ
れぞれの位相が同期した状態で入力されることとなり、
特徴統合層ニューロンの位相同期の確立過程は、前述し
た単独の位相同期信号による場合と同様の経過をたど
る。
Accordingly, a plurality of phase synchronization signals are input to the feature integration layer neuron corresponding to the subsequent overlapping receptive field portion in a state where the respective phases are synchronized.
The process of establishing the phase synchronization of the feature integration layer neuron follows the same process as the case of the above-described single phase synchronization signal.

【0122】このように、重複受容野部分にあたる特徴
統合層ニューロンが複数の位相同期信号の入力を受ける
場合も、矛盾なく安定して出力の位相同期を確立するこ
とができる。
As described above, even when the feature integration layer neuron corresponding to the overlapping receptive field receives a plurality of phase synchronization signal inputs, it is possible to stably and consistently establish the output phase synchronization.

【0123】また特に、位相同期信号発生回路におい
て、信号が入力されてから位相同期信号が出力されるま
での時間間隔を特徴統合層ニューロンの不応期以上の時
間間隔に設定した場合、位相同期信号が不応期に入力さ
れたために発火しなかった特徴統合層ニューロンが、次
の位相同期信号の入力時に、他の特徴統合層ニューロン
と位相同期して発火・出力を行うことが可能となり、位
相同期までの時間を短縮することが可能となる。
In particular, in the phase synchronization signal generation circuit, when the time interval from the input of the signal to the output of the phase synchronization signal is set to a time interval longer than the refractory period of the feature integration layer neuron, When the next phase synchronization signal is input, the feature integration layer neuron that did not fire because it was input during the refractory period can fire and output in phase synchronization with the other feature integration layer neurons. It is possible to shorten the time until

【0124】続いて、特徴統合層ニューロンの出力の位
相同期が検出された後の、特徴検出層ニューロンにおけ
る演算動作の説明を行う。
Next, the operation of the feature detection layer neuron after the phase synchronization of the output of the feature integration layer neuron is detected will be described.

【0125】特徴検出層ニューロンに対して、位相同期
検出手段から同期検出信号が入力されると、前述のよう
に同期検出信号によって時間窓が発生する。
When the synchronization detection signal is input to the feature detection layer neuron from the phase synchronization detection means, a time window is generated by the synchronization detection signal as described above.

【0126】ここに、時間窓は特徴検出層ニューロン
(n'i)ごとに定められ、当該ニューロンに関して同一受
容野を形成する特徴統合層内の各ニューロンに対して共
通であり、時間窓積分の時間範囲を与える。
Here, the time window is the feature detection layer neuron.
(n ′ i ), which is common to each neuron in the feature integration layer forming the same receptive field with respect to the neuron, and gives a time range of time window integration.

【0127】層番号(1,k)にある同期検出手段は(kは
自然数)、同期検出信号としてパルス出力を特徴検出層
ニューロン(層番号(1,k))に出力することにより、特
徴検出層ニューロンが時間的に入力を加算する際の時間
窓発生のタイミング信号を与えている。この時間窓の開
始時刻が各特徴統合細胞から出力されるパルスの到着時
間を図る基準時となる。即ち、同期検出手段は特徴統合
層ニューロンからのパルス出力時刻、及び特徴検出細胞
での時間窓積分の基準パルスを与える。
The synchronization detecting means at the layer number (1, k) (k is a natural number) outputs a pulse output as a synchronization detection signal to the feature detection layer neuron (layer number (1, k)) to perform feature detection. The layer neuron provides a timing signal for generating a time window when the input is temporally added. The start time of this time window is a reference time for determining the arrival time of the pulse output from each integrated cell. That is, the synchronization detection means gives a pulse output time from the feature integration layer neuron and a reference pulse for time window integration in the feature detection cell.

【0128】各パルスは、シナプス回路を通過すると所
定量の位相遅延が与えられ、更に共通バスなどの信号伝
達線を通って特徴検出細胞に到着する。この時のパルス
の時間軸上の並びを、特徴検出細胞の時間軸上において
点線で表したパルス(P,P,P)により示す。
Each pulse is given a predetermined amount of phase delay when passing through the synapse circuit, and further, reaches a feature detecting cell through a signal transmission line such as a common bus. The arrangement of the pulses on the time axis at this time is indicated by the pulses (P 1 , P 2 , P 3 ) indicated by dotted lines on the time axis of the feature detection cells.

【0129】特徴検出細胞において各パルス(P,P
,P)の時間窓積分(通常、一回の積分とする;但
し、多数回に渡る時間窓積分による電荷蓄積、または多
数回に渡る時間窓積分の平均化処理を行ってもよい)の
結果、閾値より大となった場合には、時間窓の終了時刻
を基準としてパルス出力(P)がなされる。なお、同
図に示した学習時の時間窓とは、後で説明する学習則を
実行する際に参照されるものである。
Each pulse (P 1 , P 1
2 , P 3 ) time window integration (usually one integration; however, charge accumulation by multiple time window integrations or averaging of multiple time window integrations may be performed) As a result, when it becomes larger than the threshold value, a pulse output (P d ) is made based on the end time of the time window. Note that the learning time window shown in the figure is referred to when a learning rule described later is executed.

【0130】続いて、以上のように特徴検出層ニューロ
ンで後述する演算動作の実行が完了すると、前述のスイ
ッチ1は再び下側に戻り、特徴統合層ニューロンの出力
は、増幅器を経て特徴検出層ニューロンに入力される。
Subsequently, when the calculation operation described later is completed in the feature detection layer neuron as described above, the switch 1 returns to the lower side again, and the output of the feature integration layer neuron is passed through the amplifier to the feature detection layer neuron. Input to neuron.

【0131】また同時に、特徴統合層ニューロンの出力
は、同期検出手段にも入力される。
At the same time, the output of the feature integration layer neuron is also input to the synchronization detecting means.

【0132】そしてまた、スイッチ2は再び上側に戻
り、特徴検出層ニューロンの出力は特徴統合層ニューロ
ンに入力されるようになる。
Then, the switch 2 returns to the upper side again, and the output of the feature detection layer neuron is input to the feature integration layer neuron.

【0133】すなわちここに、特徴検出層ニューロンの
役割が再び位相同期信号発生回路に切り替わったことを
意味する。
This means that the role of the feature detection layer neuron has been switched again to the phase synchronization signal generation circuit.

【0134】なお本実施形態では、ここでのスイッチ
1、2の切り替え動作は、前回のスイッチング動作から
既定の時間の後に、スイッチ制御信号発生回路からスイ
ッチ制御信号が出力されるように事前に設定しておくこ
とで実現している。
In this embodiment, the switching operation of the switches 1 and 2 is set in advance so that the switch control signal is output from the switch control signal generation circuit after a predetermined time from the previous switching operation. It is realized by doing.

【0135】また、ここでのスイッチ1、2の動作をそ
の他の制御手段を用いて行うことも可能であるが、本発
明の主眼点とは関係が無いため、説明を省略する。
The operations of the switches 1 and 2 here can be performed by using other control means. However, since the operation is not related to the main point of the present invention, the description is omitted.

【0136】以上説明した処理過程に関して、図15
(A)に対応する各ニューロンのパルス出力タイミング
を図16に示す。
With respect to the processing steps described above, FIG.
FIG. 16 shows the pulse output timing of each neuron corresponding to (A).

【0137】図16において、特徴統合層ニューロン
(N1I〜N6I)が前段層である特徴検出ニューロン
出力によって発火し、出力を行うと、位相同期信号発生
回路から位相同期信号が出力される。位相同期信号が入
力された特徴統合層ニューロンは、前述した位相同期過
程を経て、位相同期検出手段により、位相同期検出窓内
での出力の位相同期が検出される。
In FIG. 16, when the feature integration layer neurons (N 1I to N 6I ) are fired and output by the feature detection neuron output in the preceding layer, a phase synchronization signal is output from the phase synchronization signal generation circuit. In the feature integration layer neuron to which the phase synchronization signal has been input, the phase synchronization of the output within the phase synchronization detection window is detected by the phase synchronization detection means through the above-described phase synchronization process.

【0138】特徴統合層ニューロンの出力の位相同期
が、位相同期手段によって検出されると、同期検出信号
が特徴検出層ニューロン(N'2D〜N'3D)に出力さ
る。
When the phase synchronization of the output of the feature integration layer neuron is detected by the phase synchronization means, a synchronization detection signal is output to the feature detection layer neurons (N ′ 2D to N ′ 3D ).

【0139】その結果、特徴検出層ニューロンでは時間
窓による演算が行われ、、演算結果に応じて出力が行わ
れる。
As a result, in the feature detection layer neuron, a calculation is performed based on a time window, and an output is performed according to the calculation result.

【0140】以上の様に、位相同期信号発生回路の機能
と、特徴検出層ニューロンの機能をスイッチング動作に
より切り替えることにより、矛盾なく安定した出力の位
相同期の確立と回路規模の低減を両立することが可能と
なる。
As described above, by switching the function of the phase synchronization signal generation circuit and the function of the feature detection layer neuron by the switching operation, it is possible to achieve both stable establishment of consistent output phase synchronization and reduction of the circuit scale. Becomes possible.

【0141】パルス出力の時空間的統合及びネットワー
ク特性 次に入力パルスの時空間的重み付き総和(荷重和)の演
算について説明する。
Spatio- temporal integration of pulse output and network
Click properties Next calculation of spatial weighted sum when the input pulses (weighted sum) will be described.

【0142】図7(B)に示すごとく、各ニューロンで
は、上記サブ時間窓(タイムスロット)毎に所定の重み
関数(例えばGaussian)で入力パルスの荷重和がとら
れ、各荷重和の総和が閾値と比較される。τjはサブ時
間窓jの重み関数の中心位置を表し、時間窓の開始時刻
基準(開始時間からの経過時間)で表す。重み関数は一
般に所定の中心位置(検出予定の特徴が検出された場合
のパルス到着時間を表す)からの距離(時間軸上でのず
れ)の関数になり、対称形である。従って、ニューロン
の各サブ時間窓(タイムスロット)の重み関数の中心位
置τが、ニューロン間の学習後の時間遅れとすると、入
力パルスの時空間的重み付き総和(荷重和)を行う神経
回路網は一種の時間軸ドメインの動径基底関数ネットワ
ーク(Radial Basis Function Network;以下RBFと
略す)とみなすことができる。Gaussian関数の重み関数
を用いたニューロンniの時間窓FTiは、各サブ時間窓毎
の広がりをσ、係数因子をbijで表すと、
As shown in FIG. 7B, in each neuron, the weighted sum of the input pulses is calculated by a predetermined weighting function (eg, Gaussian) for each sub-time window (time slot), and the sum of the weighted sums is calculated. It is compared with a threshold. τ j represents the center position of the weighting function of the sub-time window j, and is represented by the start time reference (elapsed time from the start time) of the time window. The weight function is generally a function of a distance (shift on the time axis) from a predetermined center position (representing a pulse arrival time when a feature to be detected is detected) and is symmetric. Therefore, assuming that the center position τ of the weight function of each sub-time window (time slot) of a neuron is a time delay after learning between neurons, a neural network that performs a spatio-temporal weighted sum of input pulses (weighted sum) Can be regarded as a kind of time-domain domain Radial Basis Function Network (hereinafter abbreviated as RBF). The time window F Ti of the neuron n i using the weight function of the Gaussian function is expressed as σ for each sub-time window and b ij for the coefficient factor.

【外1】 ・・・(1) となる。[Outside 1] ... (1)

【0143】なお、重み関数としては、負の値をとるも
のであってもよい。例えば、ある特徴検出層のニューロ
ンが三角形を最終的に検出することが予定されている場
合に、その図形パターンの構成要素でないことが明らか
な特徴(Ffaulse)が検出された場合には、他の
特徴要素からの寄与が大きくても三角形の検出出力が最
終的になされないように、入力の総和値算出処理におい
て、当該特徴(Ffa ulse)に対応するパルスから
は、負の寄与を与えるような重み関数及び特徴検出(統
合)細胞からの結合を与えておくことができる。
It should be noted that the weight function may take a negative value. For example, when a neuron of a certain feature detection layer is scheduled to finally detect a triangle, and a feature (F false ) clearly not being a component of the figure pattern is detected, another feature is detected. as contribution is large even triangular detection output from the feature elements are not made to ultimately, in sum calculation processing of the input, the pulse corresponding to the feature (F fa ulse), gives a negative contribution Such weighting functions and feature detection (integration) coupling from cells can be provided.

【0144】特徴検出層のニューロンniへの入力信号の
時空間和Xi(t)は、
[0144] space sum when the input signal to the neuron n i of the feature detection layer X i (t) is

【外2】 ・・・(2) となる。ここに、εjは、ニューロンnjからの出力パル
スの初期位相であり、ニューロンniとの同期発火によ
り、0に収束する場合には、εjは常に0としてよい。
図7(A)のパルス入力と同(B)に示す重み関数によ
る荷重和を実行すると、図7(E)に示すような荷重和値
の時間的遷移が得られる。特徴検出ニューロンは、この
荷重和値が閾値(Vt)に達するとパルス出力を行う。
[Outside 2] ... (2) Here, ε j is the initial phase of the output pulse from the neuron n j , and when it converges to 0 by synchronous firing with the neuron n i , ε j may always be 0.
When the weighted function shown in FIG. 7B and the weighted function shown in FIG. 7B are executed, a temporal transition of the weighted sum value as shown in FIG. 7E is obtained. The feature detection neuron outputs a pulse when the weighted sum reaches a threshold value (Vt).

【0145】ニューロンniからの出力パルス信号は、前
述したように、入力信号の時空間和(いわゆる総入力
和)のsquashing非線形関数となる出力レベルと学習に
より与えられた時間遅れ(位相)をもって上位層のニュ
ーロンに出力される(パルス出力は固定周波数(2値)と
し、学習によって決まる固定遅延量に相当する位相に入
力信号の時空間和についてのsquashing非線形関数とな
る位相変調量を加えて出力される)。
[0145] The output pulse signal from the neuron n i, as described above, with the spatio-temporal sum squashing nonlinear function to become an output level and time delay given by learning (the so-called total input sum) of the input signal (phase) Output to neurons in the upper layer (pulse output is fixed frequency (binary), and phase modulation amount which becomes a squashing nonlinear function for spatio-temporal sum of input signal is added to phase corresponding to fixed delay amount determined by learning. Output).

【0146】特徴検出層処理 以下、特徴検出層で主に行われる処理(学習時、認識時)
について説明する。各特徴検出層においては、前述した
ように各スケールレベルごとに設定される処理チャネル
内において同一受容野からの複数の異なる特徴に関する
パルス信号を入力し、時空間的重み付き総和(荷重和)
演算と閾値処理を行う。各特徴量に対応するパルスは予
め学習により定められた遅延量(位相) により、所定の
時間間隔で到着する。
Processes mainly performed in the feature detection layer (at the time of learning and recognition)
Will be described. In each feature detection layer, as described above, pulse signals related to a plurality of different features from the same receptive field are input in the processing channel set for each scale level, and a spatio-temporal weighted sum (weighted sum) is input.
Perform calculations and threshold processing. Pulses corresponding to each feature amount arrive at predetermined time intervals according to a delay amount (phase) predetermined by learning.

【0147】このパルス到着時間パターンの学習制御
は、本実施形態の主眼ではないので詳しくは説明しない
が、例えば、ある図形パターンを構成する特徴要素がそ
の図形の検出に最も寄与する特徴であるほど先に到着
し、そのままでは、パルス到着時間がほぼ等しくなる特
徴要素間では、互いに一定量だけ時間的に離れて到着す
るような競争学習を導入する。或いは、予め決められた
特徴要素(認識対象を構成する特徴要素であって、特に
重要と考えられるもの:例えば、平均曲率の大きい特
徴、直線性の高い特徴など)間で異なる時間間隔で到着
する様に設計してもよい。
The learning control of the pulse arrival time pattern is not the focus of the present embodiment, and will not be described in detail. For example, the characteristic element constituting a certain figure pattern is the one that most contributes to the detection of the figure. Competitive learning is introduced so that the feature elements that arrive first and have the same pulse arrival time if they arrive as they arrive at a certain amount of time apart from each other. Alternatively, predetermined feature elements (feature elements constituting a recognition target, which are considered to be particularly important: for example, a feature having a large average curvature, a feature having a high linearity, etc.) arrive at different time intervals. It may be designed as follows.

【0148】本実施形態では、前段の層である特徴統合
層上の同一受容野内の各低次特徴要素に相当するニュー
ロンは、それぞれ所定の位相で同期発火(パルス出力)
することになる。一般的に特徴統合層のニューロンであ
って位置が異なるが同一の高次の特徴を検出する特徴検
出ニューロンへの結合が存在する(この場合、受容野は
異なるが、高次の同じ特徴を構成する結合を有する)。
この時、これら特徴検出ニューロンとの間でも同期発火
することはいうまでもない。また、特徴検出層上の各ニ
ューロンにおいては入力パルスの時空間的重み付き総和
(荷重和)の演算は、ニューロンに到着したパルス列に
ついて所定幅の時間窓においてのみ行われる。時間窓内
の重み付き加算を実現する手段は、図2に示したニュー
ロン素子回路に限らず、他の方法で実現してもよいこと
は言うまでもない。
In the present embodiment, neurons corresponding to each lower-order feature element in the same receptive field on the feature integration layer, which is the preceding layer, are synchronously fired (pulse output) at predetermined phases.
Will do. In general, there is a connection to a feature detection neuron that detects the same higher-order feature that is different in position but different in neurons in the feature integration layer (in this case, the same higher-order feature is formed although the receptive field is different) To have a bond).
At this time, it goes without saying that synchronous firing occurs even with these feature detection neurons. In each neuron on the feature detection layer, the calculation of the spatiotemporally weighted sum of the input pulses (sum of weights) is performed only in a time window of a predetermined width for the pulse train arriving at the neuron. The means for realizing the weighted addition within the time window is not limited to the neuron element circuit shown in FIG. 2, and it goes without saying that it may be realized by other methods.

【0149】この時間窓は、実際のニューロンの不応期
(refractory period)以外の時間帯にある程度対応して
いる。即ち、不応期(時間窓以外の時間範囲)にはどのよ
うな入力を受けてもニューロンからの出力はないが、そ
の時間範囲以外の時間窓では入力レベルに応じた発火を
行うという点が実際のニューロンと類似している。図3
(B)に示す不応期は、特徴検出細胞の発火直後から次
の時間窓開始時刻までの時間帯である。不応期の長さと
時間窓の幅は任意に設定可能であることはいうまでもな
く、同図に示したように時間窓に比べて不応期を短くと
らなくてもよい。
This time window corresponds to the refractory period of the actual neuron.
(refractory period) It corresponds to the time zone to some extent. In other words, there is no output from the neuron regardless of any input during the refractory period (time range other than the time window), but the firing according to the input level occurs in the time window other than that time range. Is similar to the neuron. FIG.
The refractory period shown in (B) is a time period from immediately after the firing of the feature detection cells to the next time window start time. Needless to say, the length of the refractory period and the width of the time window can be arbitrarily set, and the refractory period does not have to be shorter than the time window as shown in FIG.

【0150】本実施形態では、既に説明したメカニズム
として、例えば各特徴検出層ニューロンごとに、その同
一受容野からの入力を受けるような位相検出手段による
同期検出信号の入力により、上述した開始時期の共通化
をもたらすようにした。
In the present embodiment, as the mechanism already described, for example, for each feature detection layer neuron, the input of the synchronization detection signal by the phase detection means which receives the input from the same receptive field causes the above-described start timing. It brought commonality.

【0151】このように構成した場合には、時間窓の同
期制御は(仮に必要であったとしても)ネットワーク全
体にわたって行う必要が無く、また、上記したようなタ
イミング信号の揺らぎ、変動があっても、局所的な同一
受容野からの出力に対して一様にその影響を受ける(窓
関数の時間軸上での位置の揺らぎは同一受容野を形成す
るニューロン間で同一となる)ので、特徴検出の信頼性
は劣化することはない。このような局所的な回路制御に
より信頼度の高い同期動作を可能にするため、回路素子
パラメータに関するばらつきの許容度も高くなる。
In the case of such a configuration, it is not necessary to perform the synchronization control of the time window (if it is necessary) over the entire network, and there is fluctuation or fluctuation of the timing signal as described above. Is also uniformly affected by the output from the local receptive field (the fluctuation of the position of the window function on the time axis is the same between neurons forming the same receptive field). The reliability of detection does not degrade. Since a highly reliable synchronous operation is enabled by such local circuit control, the tolerance of variation regarding circuit element parameters is also increased.

【0152】以下、簡単のために三角形を特徴として検
出する特徴検出ニューロンについて説明する。その前段
の特徴統合層は、図7(C)に示すような各種向きを持
ったL字パターン(f11, f12, ・・・, )、L字パターンとの
連続性(連結性)を有する線分の組み合わせパターン(f
21,f22,・・・)、三角形を構成する2辺の一部の組み合わ
せ(f31,・・・)、などのような図形的特徴(特徴要素)に反
応するものとする。
Hereinafter, a feature detecting neuron for detecting a triangle as a feature will be described for simplicity. The feature integration layer at the preceding stage provides L-shaped patterns (f 11 , f 12 ,...) Having various orientations as shown in FIG. 7C, and continuity (connectivity) with the L-shaped pattern. Line segment combination pattern (f
21 , f 22 ,...), A combination of two sides forming a triangle (f 31 ,...), And the like.

【0153】また、同図のf41,f42,f43は向きの異なる
三角形を構成する特徴であって、f11,f12,f13に対応す
る特徴を示している。学習により層間結合をなすニュー
ロン間に固有の遅延量が設定された結果、三角形の特徴
検出ニューロンにおいては、時間窓を分割して得られる
各サブ時間窓(タイムスロット)(w1,w2,・・・)において、
三角形を構成する主要かつ異なる特徴に対応するパルス
が到着するように予め設定がなされる。
Also, f 41 , f 42 , and f 43 in the figure are features constituting triangles having different directions, and indicate features corresponding to f 11 , f 12 , and f 13 . As a result of setting a specific delay amount between neurons forming interlayer connection by learning, in a triangular feature detection neuron, each sub time window (time slot) (w 1 , w 2 , ...)
The setting is made in advance so that the pulses corresponding to the main and different features constituting the triangle arrive.

【0154】例えば、時間窓をn分割した後のw1, w2,
・・・、wnには、図7(A)に示すごとく、全体として三角形
を構成するような特徴のセットの組み合わせに対応する
パルスが初めに到着する。ここに、L字パターン(f11,
f12, f13)は、それぞれw1,w2,w3内に到着し、特徴要素
(f21,f22,f23)に対応するパルスは、それぞれw1, w2,w3
内に到着するように学習により遅延量が設定されてい
る。
For example, w 1 , w 2 ,
, W n , as shown in FIG. 7A, a pulse corresponding to a combination of a set of features that constitutes a triangle as a whole arrives first. Here, the L-shaped pattern (f 11 ,
f 12 , f 13 ) arrive within w 1 , w 2 , w 3 respectively, and the feature element
pulse corresponding to (f 21, f 22, f 23) , respectively w 1, w 2, w 3
The amount of delay is set by learning so as to arrive within.

【0155】特徴要素(f31,f32,f33)対応のパルスも同
様の順序で到着する。図7(A)の場合、一つのサブ時間
窓(タイムスロット)にそれぞれ一つの特徴要素に対応
するパルスが到着する。サブ時間窓に分割する意味は、
各サブ時間窓で時間軸上に展開表現された異なる特徴要
素に対応するパルスの検出(特徴要素の検出)を個別に
かつ確実に行うことにより、それらの特徴を統合する際
の統合の仕方、例えば、すべての特徴要素の検出を条件
とするか、或いは一定割合の特徴検出を条件とするか等
の処理モードの変更可能性や適応性を高めることにあ
る。
The pulses corresponding to the characteristic elements (f 31 , f 32 , f 33 ) arrive in the same order. In the case of FIG. 7A, a pulse corresponding to one characteristic element arrives in one sub time window (time slot). The meaning of dividing into sub time windows is
By individually and reliably detecting pulses (detection of feature elements) corresponding to different feature elements developed and expressed on the time axis in each sub time window, an integration method when integrating those features, For example, it is to increase the possibility of change and adaptability of the processing mode, such as whether to detect all characteristic elements or to detect a certain percentage of features.

【0156】例えば、認識(検出) 対象が顔であり、
それを構成するパーツである目の探索(検出)が重要であ
るような状況においては(目のパターン検出の優先度を
視覚探索において高く設定したい場合)、高次の特徴検
出層からのフィードバック結合を導入することにより、
選択的に目を構成する特徴要素パターンに対応する反応
選択性(特定の特徴の検出感度)を高めたりすることが
できる。このようにすることにより、高次の特徴要素
(パターン) を構成する低次の特徴要素により高い重
要度を与えて検出することができる。
For example, the recognition (detection) target is a face,
In situations where the eye search (detection), which is a part of it, is important (when the priority of eye pattern detection is to be set high in visual search), feedback coupling from a higher-order feature detection layer By introducing
It is possible to selectively enhance the reaction selectivity (detection sensitivity of a specific feature) corresponding to the feature element pattern constituting the eye. By doing so, it is possible to give higher importance to lower-order feature elements constituting higher-order feature elements (patterns) and detect them.

【0157】また、重要な特徴ほど早いサブ時間窓にパ
ルスが到着するように予め設定されているとすると、当
該サブ時間窓での重み関数値が他のサブ時間窓での値よ
り大きくすることにより、重要度の高い特徴ほど検出さ
れやすくすることができる。この重要度(特徴間の検出
優先度)は学習により獲得されるか、予め定義しておく
こともできる。
[0157] Further, if it is set in advance that a pulse arrives in a sub-time window as soon as an important feature is reached, the weight function value in the sub-time window must be larger than the value in the other sub-time windows. Thereby, the feature having a higher importance can be more easily detected. This importance (detection priority between features) can be obtained by learning or can be defined in advance.

【0158】従って、一定割合の特徴要素の検出という
事象さえ起きればよいのであれば、サブ時間窓への分割
は殆ど意味が無くなり、一つの時間窓において行えばよ
い。
Therefore, as long as it is only necessary to detect a certain percentage of characteristic elements, the division into sub-time windows has little meaning, and may be performed in one time window.

【0159】なお、複数(3つ)の異なる特徴要素に対
応するパルスがそれぞれ到着して加算されるようにして
もよい(図7(D))。即ち、一つのサブ時間窓(タイム
スロット)に複数の特徴要素(図7(D))、或いは任意
の数の特徴要素に対応するパルスが入力されることを前
提としてもよい。この場合、図7(D)では、初めのサ
ブ時間窓では、三角形の頂角部分f11の検出を支持す
る他の特徴要素f21、f23に対応するパルスが到着
し、同様に2番目のサブ時間窓には頂角部分f 12の検
出を支持するような他の特徴要素f22、f31のパル
スが到着している。
Note that a plurality (three) different characteristic elements are
The corresponding pulses arrive and add up
(FIG. 7D). That is, one sub time window (time
Slot) with multiple feature elements (Fig. 7 (D)) or optional
Before the pulses corresponding to the number of feature elements are input
It may be a stake. In this case, in FIG.
In the time window, the vertex of the triangle f11Support detection of
Other characteristic element f21, F23The pulse corresponding to arrives
Similarly, in the second sub-time window, the vertex angle portion f 12Inspection
Other features f that support22, F31Pal
Has arrived.

【0160】なお、サブ時間窓(タイムスロット)への
分割数、各サブ時間窓(タイムスロット)の幅および特
徴のクラスおよび特徴に対応するパルスの時間間隔の割
り当てなどは上述した説明に限らず、変更可能であるこ
とはいうまでもない。
The number of divisions into sub-time windows (time slots), the width of each sub-time window (time slot), the class of the feature, and the assignment of the pulse time interval corresponding to the feature are not limited to those described above. Needless to say, it can be changed.

【0161】撮影装置などへ搭載した応用例 本実施形態の構成に係るパターン認識(検出)装置を撮影
手段に搭載させることにより、特定被写体へのフォーカ
シングや特定被写体の色補正、露出制御を行う場合につ
いて、図12を参照して説明する。図12は、実施形態
に係るパターン検出(認識)装置を撮像装置に用いた例
の構成を示す図である。
Application Example Installed in Photographing Apparatus When the pattern recognition (detection) apparatus according to the configuration of the present embodiment is installed in the photographing means, focusing on a specific subject, color correction of the specific subject, and exposure control are performed. Will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of an example in which the pattern detection (recognition) device according to the embodiment is used for an imaging device.

【0162】図12の撮像装置1101は、撮影レンズおよ
びズーム撮影用駆動制御機構を含む結像光学系1102、CC
D又はCMOSイメージセンサー1103、撮像パラメータ
の計測部1104、映像信号処理回路1105、記憶部1106、撮
像動作の制御、撮像条件の制御などの制御用信号を発生
する制御信号発生部1107、EVFなどファインダーを兼ね
た表示ディスプレイ1108、ストロボ発光部1109、記録媒
体1110などを具備し、更に上述したパターン検出装置を
被写体検出(認識)装置1111として備える。
An image pickup apparatus 1101 shown in FIG. 12 includes an image forming optical system 1102 including a photographing lens and a drive control mechanism for zoom photographing.
D or CMOS image sensor 1103, imaging parameter measurement unit 1104, video signal processing circuit 1105, storage unit 1106, control signal generation unit 1107 that generates control signals such as control of imaging operation, control of imaging conditions, and viewfinders such as EVF And a recording medium 1110, and the above-described pattern detection device as a subject detection (recognition) device 1111.

【0163】この撮像装置1101は、例えば撮影された映
像中から予め登録された人物の顔画像の検出(存在位
置、サイズの検出)を被写体検出(認識)装置1111により
行う。そして、その人物の位置、サイズ情報が被写体検
出(認識)装置1111から制御信号発生部1107に入力される
と、同制御信号発生部1107は、撮像パラメータ計測部11
04からの出力に基づき、その人物に対するピント制御、
露出条件制御、ホワイトバランス制御などを最適に行う
制御信号を発生する。
The image pickup apparatus 1101 detects a face image of a person registered in advance (detection of the position and size of a person) from a captured image by a subject detection (recognition) apparatus 1111. When the position and size information of the person is input from the subject detection (recognition) device 1111 to the control signal generation unit 1107, the control signal generation unit 1107
Focus control for that person based on the output from 04,
A control signal for optimally controlling exposure condition control, white balance control, and the like is generated.

【0164】上述したパターン検出(認識)装置を、この
ように撮像装置に用いた結果、当該被写体を確実に検出
(認識)する機能を低消費電力かつ高速(リアルタイム)
に実現して、人物等の検出とそれに基づく撮影の最適制
御(AF、AEなど)を行うことができた。
As a result of using the above-described pattern detection (recognition) device for an image pickup device, the subject can be reliably detected.
(Recognition) function with low power consumption and high speed (real time)
Thus, it is possible to perform detection of a person or the like and optimal control of photographing based on the detection (AF, AE, etc.).

【0165】(第二実施形態)本実施形態は、パターン
検出、及び位相同期の動作原理の項目に関してのみ、第
一実施形態と異なっている。
(Second Embodiment) This embodiment is different from the first embodiment only in the items of the operation principle of pattern detection and phase synchronization.

【0166】そこで本実施形態に関しては、前記の項目
に関する説明を行い、それ以外の機能・動作は、全て第
一実施形態と同様として説明を省略する。
Therefore, in the present embodiment, the above items will be described, and the other functions and operations are the same as those in the first embodiment, and the description will be omitted.

【0167】まず本実施形態の位相同期回路は、図6に
示すように、特徴統合層ニューロンからの出力信号が入
力されて前記出力信号の位相同期を検出し、かつスイッ
チ1,2を制御し、かつ同期検出信号を出力する同期検
出手段と、特徴統合層ニューロンと相互結合した位相同
期信号発生回路を有する。
First, as shown in FIG. 6, the phase synchronization circuit of this embodiment receives an output signal from the feature integration layer neuron, detects the phase synchronization of the output signal, and controls the switches 1 and 2. And a synchronization detecting means for outputting a synchronization detection signal, and a phase synchronization signal generating circuit interconnected with the feature integration layer neuron.

【0168】前記構成における処理の流れを順を追っ
て、説明する。
The processing flow in the above configuration will be described step by step.

【0169】まず、特徴統合層ニューロンが前段層から
の出力を受けて発火して出力を行うと、その出力信号が
増幅器を経て、位相同期回路中の位相同期信号発生回路
に入力される。
First, when the feature integration layer neuron receives an output from the preceding stage and fires and outputs, the output signal is input to the phase synchronization signal generation circuit in the phase synchronization circuit via the amplifier.

【0170】位相同期信号発生回路は、図14(C)に
示すようにニューロン素子回路により構成されており、
前記入力を一つでも受けとると、特徴統合層ニューロン
に対して、位相同期信号の出力を行う(この時点では、
図6中のスイッチ2は導通状態である)。
The phase synchronization signal generating circuit is composed of a neuron element circuit as shown in FIG.
Upon receiving at least one of the inputs, a phase synchronization signal is output to the feature integration layer neuron (at this time,
The switch 2 in FIG. 6 is conducting.)

【0171】ここで、位相同期信号発生回路の閾値特性
は所定の値を持つものとして、特徴統合層ニューロンか
らの出力を一旦増幅器に通し、位相同期信号発生回路が
一つのパルスで発火できるように増幅する。
Here, assuming that the threshold characteristic of the phase synchronization signal generation circuit has a predetermined value, the output from the feature integration layer neuron is once passed to an amplifier so that the phase synchronization signal generation circuit can fire with one pulse. Amplify.

【0172】続いて、前記位相同期信号発生回路の発火
により出力される位相同期信号は、特徴統合層ニューロ
ンに入力されるのであるが、ここで、最終的に特徴統合
層ニューロンが受け取る位相同期信号レベルは、位相同
期信号発生回路の出力パルスを増幅器に入力して信号レ
ベルを増幅し、特徴統合層ニューロンの内部電位が許容
位相差以内に閾値に達することができるように設定され
る。
Subsequently, the phase synchronization signal output by the firing of the phase synchronization signal generation circuit is input to the feature integration layer neuron. Here, the phase synchronization signal finally received by the feature integration layer neuron is obtained. The level is set so that the output pulse of the phase synchronization signal generation circuit is input to the amplifier to amplify the signal level, and the internal potential of the feature integration layer neuron can reach the threshold value within the allowable phase difference.

【0173】ここで許容位相差とは、図16における位
相同期検出窓幅に相当しており、後述するように、位相
同期検出手段は、前記位相同期検出窓内で入力された特
徴統合層ニューロンからの出力信号の積分値によって、
位相同期を検出する。
Here, the allowable phase difference corresponds to the width of the phase synchronization detection window in FIG. 16. As will be described later, the phase synchronization detection means operates the feature integration layer neuron input in the phase synchronization detection window. By the integrated value of the output signal from
Detect phase synchronization.

【0174】特徴統合層ニューロンは、位相同期信号を
受け取ると、ちょうど不応期にある場合を除いて、いか
なる内部状態であっても位相同期パルス信号によって発
火閾値レベルを超える。
Upon receiving the phase synchronization signal, the feature integration layer neuron exceeds the firing threshold level by the phase synchronization pulse signal in any internal state, except in a refractory period.

【0175】ここで、図15(B)に示すように、位相
同期パルス信号が入力された時点でのそれぞれの特徴統
合層ニューロンの内部状態の差異により、特徴統合層ニ
ューロンの発火の位相には微少な差が生じるが、前述し
たように、位相同期信号レベルは前記位相差が許容位相
差以下となるように設定されているため、不応期以外に
位相同期信号を入力された特徴統合層ニューロンのそれ
ぞれの出力は、位相差が許容位相差以内となり、同期状
態となる。
Here, as shown in FIG. 15B, due to the difference in the internal state of each feature integration layer neuron at the time when the phase synchronization pulse signal is input, the firing phase of the feature integration layer neuron becomes Although a slight difference occurs, as described above, the phase synchronization signal level is set so that the phase difference is equal to or less than the allowable phase difference. Have a phase difference within the allowable phase difference, and are in a synchronized state.

【0176】そしてさらに、前述の動作において不応期
にあった特徴統合層ニューロンが、不応期以外のタイミ
ングで位相同期信号を受け取り発火するまで、前述の動
作を繰り返すことで、最終的に全ての特徴統合層ニュー
ロンの出力の同期をとることができる。
Further, the above-described operation is repeated until the feature integration layer neuron, which has been in the refractory period in the above-described operation, receives the phase synchronization signal at a timing other than the refractory period and fires, and finally all the features are obtained. The output of the integrated layer neuron can be synchronized.

【0177】続いて、以上の位相同期状態を検出するた
めの位相同期検出手段について説明する。
Next, a description will be given of a phase synchronization detecting means for detecting the above-mentioned phase synchronization state.

【0178】図6に示すように、位相同期検出手段は特
徴統合層ニューロンの出力を入力信号として受け取る。
As shown in FIG. 6, the phase synchronization detecting means receives the output of the feature integration layer neuron as an input signal.

【0179】ここで、図14(A、C)に示すように、
位相同期検出手段は前述のニューロン素子の項で説明し
た特徴統合層ニューロンと同様の構成を有し、位相同期
検出窓発生回路によって決定される既定の時間を有する
位相同期検出窓内の入力値を積分し、その値が閾値を越
える場合に発火し、出力を行う。
Here, as shown in FIG. 14 (A, C),
The phase synchronization detecting means has a configuration similar to that of the feature integration layer neuron described in the section of the aforementioned neuron element, and outputs an input value in the phase synchronization detection window having a predetermined time determined by the phase synchronization detection window generating circuit. Integrates, fires when the value exceeds the threshold, and outputs.

【0180】従って、この位相同期検出窓の時間幅を前
述の特徴統合層ニューロンが位相同期した場合におけ
る、許容位相差に設定しておき、さらに発火閾値を結合
する全ての特徴統合層ニューロンの出力の積分値に設定
しておくことで、特徴統合層ニューロンの位相同期を検
出することが可能となる。
Therefore, the time width of the phase synchronization detection window is set to an allowable phase difference when the above-mentioned feature integration layer neurons are phase-synchronized, and the outputs of all feature integration layer neurons that combine firing thresholds are set. By setting this value to the integral value, it becomes possible to detect the phase synchronization of the feature integration layer neuron.

【0181】すなわち図16に示すように、許容位相差
を位相同期検出窓として設定することにより、全ての特
徴統合層ニューロンの出力が同期した場合には位相同期
検出手段におけるニューロン素子回路では、位相同期検
出窓内での入力積分値が閾値に達して発火するため、結
果として特徴統合層ニューロンの同期発火を検出するこ
とができる。
That is, as shown in FIG. 16, by setting the allowable phase difference as the phase synchronization detection window, when the outputs of all the feature integration layer neurons are synchronized, the phase synchronization detection means in the neuron element circuit in the phase synchronization detection means Since the input integrated value within the synchronization detection window reaches the threshold value and fires, as a result, the synchronization firing of the feature integration layer neuron can be detected.

【0182】続いて、位相同期検出後の動作について説
明する。
Next, the operation after the phase synchronization is detected will be described.

【0183】図14(A)に示すように、位相同期検出
手段は、ニューロン素子回路の出力に応じてスイッチ制
御信号を発生するスイッチ制御信号発生回路と、前記出
力に応じて同期検出信号を発生する同期検出信号発生回
路を有する。
As shown in FIG. 14A, the phase synchronization detecting means includes a switch control signal generating circuit for generating a switch control signal according to the output of the neuron element circuit, and a synchronous detection signal according to the output. A synchronization detection signal generating circuit.

【0184】位相同期検出手段は、前述の様にニューロ
ン素子回路の発火によって特徴統合層ニューロンの位相
同期を検出すると、ニューロン素子回路の出力を受けた
前記スイッチ制御信号発生回路によりスイッチ制御信号
を出力し、スイッチ2を遮断状態に切り替え(位相同期
を検出するまでは、導通状態)、位相同期信号発生回路
から特徴統合層ニューロンへの位相同期信号の出力をス
トップする。
When the phase synchronization detecting means detects the phase synchronization of the feature integrated layer neuron by firing of the neuron element circuit as described above, the switch control signal generation circuit which receives the output of the neuron element circuit outputs a switch control signal. Then, the switch 2 is switched to the cutoff state (conduction state until phase synchronization is detected), and the output of the phase synchronization signal from the phase synchronization signal generation circuit to the feature integration layer neuron is stopped.

【0185】そして同時に、スイッチ1を導通状態に切
り替えることにより(位相同期を検出するまでは、遮断
状態)、特徴統合層ニューロンの出力が図6中のシナプ
ス回路S1〜S4の処理を受けた後に特徴検出層ニュー
ロンへ入力されるようにする。
At the same time, by switching the switch 1 to the conducting state (the blocking state until the phase synchronization is detected), the output of the feature integration layer neuron is subjected to the processing of the synapse circuits S1 to S4 in FIG. Input to the feature detection layer neuron.

【0186】ここで、特徴検出層ニューロンに入力され
る特徴統合層ニューロンの出力信号は、前述のスイッチ
ング動作によって特徴統合層ニューロンへの位相同期信
号の入力がストップされるため、純粋に特徴統合層ニュ
ーロンの前段層からの入力に応じた発火による出力信号
となる。
Here, the output signal of the feature integration layer neuron input to the feature detection layer neuron is purely the input of the phase synchronization signal to the feature integration layer neuron by the above-described switching operation. It becomes an output signal by firing according to the input from the previous layer of the neuron.

【0187】さらに位相同期検出手段は、ニューロン素
子回路の出力を受けた前記同期検出信号発生回路により
特徴検出層ニューロンに対して同期検出信号を出力し、
後述する時間窓の発生タイミングの基準時間を与える。
Further, the phase synchronization detection means outputs a synchronization detection signal to the feature detection layer neuron by the synchronization detection signal generation circuit receiving the output of the neuron element circuit,
A reference time for the generation timing of a time window described later is given.

【0188】この場合、事前に特徴統合層からの出力が
特徴検出層に到着するまでに要する時間を算出しておく
ことで、同期検出信号と時間窓の発生タイミングの関係
を適切に設定することが可能となる。
In this case, by calculating in advance the time required for the output from the feature integration layer to arrive at the feature detection layer, the relationship between the synchronization detection signal and the time window generation timing can be appropriately set. Becomes possible.

【0189】本実施形態においては、同期検出信号をパ
ルス状信号とし、それが特徴検出層ニューロンに入力さ
れた時点を時間窓の始点と設定している。
In this embodiment, the synchronization detection signal is a pulse-like signal, and the time when the signal is input to the feature detection layer neuron is set as the start point of the time window.

【0190】なお、以上説明した位相同期処理過程にお
いて、重複受容野部分にあたる統合層ニューロンは、異
なる複数の位相同期信号の入力を受けるが、重複受容野
部分にあたる統合層ニューロンが、前段層からの入力、
もしくは位相同期回路からの入力のいずれかによってで
も、一度でも発火すれば、その出力パルスは同時に複数
の位相同期回路に入力されるため、その時点で複数の位
相同期信号の位相も同期する。
In the above-described phase synchronization processing, the integrated layer neuron corresponding to the overlapping receptive field receives a plurality of different phase synchronization signals, but the integrated layer neuron corresponding to the overlapping receptive field receives the input from the preceding layer. input,
Alternatively, even if any one of the inputs from the phase locked loop causes firing, the output pulse is simultaneously input to a plurality of phase locked loops, so that the phases of the plurality of phase locked loops are synchronized at that time.

【0191】従って、それ以降の重複受容野部分にあた
る特徴統合層ニューロンには、複数の位相同期信号がそ
れぞれの位相が同期した状態で入力されることとなり、
特徴統合層ニューロンの位相同期の確立過程は、前述し
た単独の位相同期信号による場合と同様の経過をたど
る。
Therefore, a plurality of phase synchronization signals are input to the feature integration layer neuron corresponding to the subsequent overlapping receptive field portion in a state where the respective phases are synchronized.
The process of establishing the phase synchronization of the feature integration layer neuron follows the same process as the case of the above-described single phase synchronization signal.

【0192】このように、重複受容野部分にあたる特徴
統合層ニューロンが複数の位相同期信号の入力を受ける
場合も、矛盾なく安定して出力の位相同期を確立するこ
とができる。
As described above, even when the feature integration layer neuron corresponding to the overlapping receptive field receives a plurality of phase synchronization signal inputs, it is possible to stably and consistently establish the output phase synchronization.

【0193】また特に、位相同期信号発生回路におい
て、信号が入力されてから位相同期信号が出力されるま
での時間間隔を特徴統合層ニューロンの不応期以上の時
間間隔に設定した場合、位相同期信号が不応期に入力さ
れたために発火しなかった特徴統合層ニューロンが、次
の位相同期信号の入力時に、他の特徴統合層ニューロン
と位相同期して発火・出力を行うことが可能となり、位
相同期までの時間を短縮することが可能となる。
In particular, in the phase synchronizing signal generating circuit, when the time interval from the input of the signal to the output of the phase synchronizing signal is set to a time interval longer than the refractory period of the feature integration layer neuron, When the next phase synchronization signal is input, the feature integration layer neuron that did not fire because it was input during the refractory period can fire and output in phase synchronization with the other feature integration layer neurons. It is possible to shorten the time until

【0194】続いて、特徴統合層ニューロンの出力の位
相同期が検出された後の、特徴検出層ニューロンにおけ
る演算動作の説明を行う。
Next, the operation of the feature detection layer neuron after the phase synchronization of the output of the feature integration layer neuron is detected will be described.

【0195】特徴検出層ニューロンに対して、位相同期
検出手段から同期検出信号が入力されると、前述のよう
に同期検出信号によって時間窓が発生する。
When a synchronization detection signal is input to the feature detection layer neuron from the phase synchronization detection means, a time window is generated by the synchronization detection signal as described above.

【0196】ここに、時間窓は特徴検出層ニューロン
(n'i)ごとに定められ、当該ニューロンに関して同一受
容野を形成する特徴統合層内の各ニューロンに対して共
通であり、時間窓積分の時間範囲を与える。
Here, the time window is the feature detection layer neuron.
(n'i), which is common to each neuron in the feature integration layer that forms the same receptive field for the neuron, and gives a time range of time window integration.

【0197】層番号(1,k)にある同期検出手段は(kは
自然数)、同期検出信号としてパルス出力を特徴検出層
ニューロン(層番号(1,k))に出力することにより、特
徴検出層ニューロンが時間的に入力を加算する際の時間
窓発生のタイミング信号を与えている。この時間窓の開
始時刻が各特徴統合細胞から出力されるパルスの到着時
間を図る基準時となる。即ち、同期検出手段は特徴統合
層ニューロンからのパルス出力時刻、及び特徴検出細胞
での時間窓積分の基準パルスを与える。
The synchronization detecting means at the layer number (1, k) (k is a natural number) outputs a pulse output as a synchronization detection signal to the feature detection layer neuron (layer number (1, k)) to perform feature detection. The layer neuron provides a timing signal for generating a time window when the input is temporally added. The start time of this time window is a reference time for determining the arrival time of the pulse output from each integrated cell. That is, the synchronization detection means gives a pulse output time from the feature integration layer neuron and a reference pulse for time window integration in the feature detection cell.

【0198】各パルスは、シナプス回路を通過すると所
定量の位相遅延が与えられ、更に共通バスなどの信号伝
達線を通って特徴検出細胞に到着する。この時のパルス
の時間軸上の並びを、特徴検出細胞の時間軸上において
点線で表したパルス(P,P,P)により示す。
Each pulse is given a predetermined amount of phase delay when passing through the synapse circuit, and further, reaches a feature detecting cell through a signal transmission line such as a common bus. The arrangement of the pulses on the time axis at this time is indicated by the pulses (P 1 , P 2 , P 3 ) indicated by dotted lines on the time axis of the feature detection cells.

【0199】特徴検出細胞において各パルス(P,P
,P)の時間窓積分(通常、一回の積分とする;但
し、多数回に渡る時間窓積分による電荷蓄積、または多
数回に渡る時間窓積分の平均化処理を行ってもよい)の
結果、閾値より大となった場合には、時間窓の終了時刻
を基準としてパルス出力(P)がなされる。なお、同
図に示した学習時の時間窓とは、後で説明する学習則を
実行する際に参照されるものである。
Each pulse (P 1 , P
2 , P 3 ) time window integration (usually one integration; however, charge accumulation by multiple time window integrations or averaging of multiple time window integrations may be performed) As a result, when it becomes larger than the threshold value, a pulse output (P d ) is made based on the end time of the time window. Note that the learning time window shown in the figure is referred to when a learning rule described later is executed.

【0200】続いて、以上のように特徴検出層ニューロ
ンで後述する演算動作の実行が完了すると、前述のスイ
ッチ2は再び導通状態に戻り、位相同期信号発生回路の
出力は、増幅器を経て特徴統合層ニューロンに入力され
る。
Subsequently, when the calculation operation described later is completed in the feature detection layer neurons as described above, the switch 2 returns to the conducting state again, and the output of the phase synchronization signal generation circuit is passed through the amplifier to integrate the features. Input to layer neurons.

【0201】また、スイッチ1は再び遮断状態に戻り、
特徴統合層ニューロンから特徴検出層ニューロンへの入
力がストップする。
The switch 1 returns to the cutoff state again,
The input from the feature integration layer neuron to the feature detection layer neuron stops.

【0202】なお本実施形態では、ここでのスイッチ
1、2の切り替え動作は、前回のスイッチング動作から
既定の時間の後に、スイッチ制御信号発生回路からスイ
ッチ制御信号が出力されるように事前に設定しておくこ
とで実現している。
In the present embodiment, the switching operation of the switches 1 and 2 is set in advance so that the switch control signal is output from the switch control signal generation circuit after a predetermined time from the previous switching operation. It is realized by doing.

【0203】また、ここでのスイッチ1、2の動作をそ
の他の制御手段を用いて行うことも可能であるが、本発
明の主眼点とは関係が無いため、説明を省略する。
The operation of the switches 1 and 2 here can be performed by using other control means. However, since the operation is not related to the main point of the present invention, the description is omitted.

【0204】以上の様に、位相同期回路から出力される
位相同期信号の信号レベルが、特徴統合層ニューロンを
許容位相差以内に発火させるように設定することで、よ
り短時間に、特徴統合層ニューロンの位相同期を確立す
ることが可能となる。
As described above, by setting the signal level of the phase synchronization signal output from the phase synchronization circuit so that the neurons of the feature integration layer are fired within the allowable phase difference, the feature integration layer can be shortened in a shorter time. It becomes possible to establish phase synchronization of neurons.

【0205】(第三実施形態)本実施形態での位相同期
回路とそれに結合する他のニューロン(特徴統合層及び
検出層のニューロン群)の構成例を図8に示す(図中、
前段層から特徴統合層ニューロンへの入力は細線で示
し、特徴統合層ニューロンから特徴検出層ニューロンへ
の入力は点線で示し、特徴統合層と位相同期回路の相互
結合は太線で示し、スイッチ制御信号は細線で示した。
またシナプス回路、および同期検出信号は省略した)。
(Third Embodiment) FIG. 8 shows a configuration example of a phase locked loop circuit and other neurons (a neuron group of a feature integration layer and a detection layer) connected to the phase locked loop circuit in the present embodiment.
The input from the preceding layer to the feature integration layer neuron is shown by a thin line, the input from the feature integration layer neuron to the feature detection layer neuron is shown by a dotted line, the mutual connection between the feature integration layer and the phase locked loop is shown by a thick line, and the switch control signal Is indicated by a thin line.
The synapse circuit and the synchronization detection signal are omitted).

【0206】位相同期回路は同一特徴カテゴリの検出を
行う特徴検出層ニューロンを所定数毎に分割して得られ
るグループ毎に一つ存在し、かつ独立した位相同期信号
を発生するように構成した点が第二の実施形態と異な
る。
The phase synchronization circuit has a feature detection layer neuron for detecting the same feature category. One neuron exists for each group obtained by dividing the number by a predetermined number, and an independent phase synchronization signal is generated. Is different from the second embodiment.

【0207】このようにすることにより、隣接する特徴
検出層ニューロン間での特徴統合層に対する重複した受
容野構造を排除し(特徴統合層ニューロンは一つの位相
同期回路からの位相同期信号のみ受ける)、位相同期回
路、及び位相同期検出手段の数を減少させることができ
る。
In this way, the repetitive receptive field structure of the feature integration layer between adjacent feature detection layer neurons is eliminated (the feature integration layer neuron receives only a phase synchronization signal from one phase synchronization circuit). , The number of phase synchronization circuits and the number of phase synchronization detection means can be reduced.

【0208】本実施形態において、位相同期回路の同期
検出信号は、同期検出手段によって特徴統合層ニューロ
ンの同期発火を検出したときに、他の位相同期回路とは
独立してなされる。
In the present embodiment, the synchronization detection signal of the phase synchronization circuit is generated independently of the other phase synchronization circuits when the synchronization detection means detects the synchronous firing of the feature integration layer neuron.

【0209】以上説明した処理過程を図8に対応する各
ニューロンのパルス出力タイミングを図9に示す。
FIG. 9 shows the pulse output timing of each neuron corresponding to FIG. 8 showing the processing steps described above.

【0210】図9において、特徴統合層ニューロン(N
1I〜N6I)が前段層である特徴検出ニューロン出力
によって発火し、出力を行うと、位相同期信号発生回路
から位相同期信号が出力される。位相同期信号が入力さ
れた特徴統合層ニューロンは、前述した位相同期過程を
経て、位相同期検出手段により、位相同期検出窓内での
出力の位相同期が検出される。
In FIG. 9, the feature integration layer neurons (N
1I to N 6I ) are fired by the output of the feature detection neuron, which is the preceding layer, and when they are output, a phase synchronization signal is output from the phase synchronization signal generation circuit. In the feature integration layer neuron to which the phase synchronization signal has been input, the phase synchronization of the output within the phase synchronization detection window is detected by the phase synchronization detection means through the above-described phase synchronization process.

【0211】特徴統合層ニューロンの出力の位相同期
が、位相同期手段によって検出されると、同期検出信号
が特徴検出層ニューロン(N'2D〜N'3D)に出力さ
る。
When the phase synchronization of the output of the feature integration layer neuron is detected by the phase synchronization means, a synchronization detection signal is output to the feature detection layer neurons (N ′ 2D to N ′ 3D ).

【0212】その結果、特徴検出層ニューロンでは時間
窓による演算が行われ、演算結果に応じて出力が行われ
る。
As a result, the calculation based on the time window is performed in the feature detection layer neuron, and an output is performed according to the calculation result.

【0213】ここで、位相同期信号発生回路の出力は、
位相同期検出時間窓(図9に示す)内での入力パルスの
時間積分値が所定の閾値を越えたときに他の位相同期回
路とは独立してなされる。
Here, the output of the phase synchronization signal generation circuit is:
When the time integration value of the input pulse within the phase synchronization detection time window (shown in FIG. 9) exceeds a predetermined threshold value, the operation is performed independently of the other phase synchronization circuits.

【0214】以上の様に、位相同期回路は同一特徴カテ
ゴリの検出を行う特徴検出層ニューロンを所定数毎に分
割して得られるグループ毎に一つ存在し、かつ独立した
位相同期信号を発生するように構成することにより、回
路規模を削減し、かつ消費電力を低減することが可能と
なる。
As described above, the phase locked loop circuit generates one independent phase locked signal for each group obtained by dividing the feature detection layer neuron for detecting the same feature category into a predetermined number. With such a configuration, it is possible to reduce the circuit scale and power consumption.

【0215】(第四実施形態)本実施形態での位相同期
回路、及び位相同期検出手段を中心とする結合に関する
構成例を図10(A),(B),図11に示す(図中、
特徴統合層ニューロンから特徴検出層ニューロンへの入
力は点線で示し、位相同期信号は細線で示し、特徴統合
層と位相同期回路の相互結合は太線で示し、特徴統合層
とWTA回路の相互結合は細線で示し、位相同期回路と
WTA回路の相互結合は太線で示し、及びスイッチ制御
信号は細線で示した。また前段層から特徴統合層ニュー
ロンへの入力、シナプス回路、および同期検出信号は省
略した。)。
(Fourth Embodiment) FIGS. 10 (A), (B) and 11 show examples of the configuration relating to the coupling centering on the phase synchronization circuit and the phase synchronization detecting means in this embodiment.
The input from the feature integration layer neuron to the feature detection layer neuron is indicated by a dotted line, the phase synchronization signal is indicated by a thin line, the interconnection between the feature integration layer and the phase synchronization circuit is indicated by a thick line, and the interconnection between the feature integration layer and the WTA circuit is indicated by a thick line. The thin lines indicate the mutual coupling between the phase locked loop circuit and the WTA circuit, and the switch control signals are indicated by the thin lines. Also, the input from the preceding layer to the feature integration layer neuron, the synapse circuit, and the synchronization detection signal are omitted. ).

【0216】位相同期回路を第三の実施形態と同様に分
割して得られる特徴検出層ニューロン群の代表位置とし
て例えば、重心位置またはその最近傍にあるニューロン
(N3I)に入力される特徴統合層ニューロンからのみパル
ス信号を受けて、所定条件のもとで位相同期信号を発生
する。
As a representative position of the feature detection layer neuron group obtained by dividing the phase locked loop in the same manner as in the third embodiment, for example, a neuron located at the center of gravity or its nearest neighbor
A pulse signal is received only from the feature integration layer neuron input to (N3I), and a phase synchronization signal is generated under predetermined conditions.

【0217】図10(A)において位相同期回路と結合
する特徴検出層のニューロン群の重心位置にあるのはN'
2Dであり、N'2Dが結合する特徴統合層ニューロンN1I,N
2I,N3 I,N4Iが位相同期回路と相互結合をする(結合を太
い矢印で示す)。このように構成することにより、第三
実施形態と比べて相互結合に要する配線の軽減がもたら
される。また上述した配線の軽減を行っても重複する受
容野構造の排除と独立した位相同期信号を発生する位相
同期回路を用いるがゆえに動作上の問題(複数の位相同
期信号が非同期入力されることによる位相同期回路と特
徴検出層での時間窓発生タイミングのずれ)は生じな
い。
In FIG. 10A, N ′ is located at the position of the center of gravity of the neuron group of the feature detection layer connected to the phase locked loop.
2D , the feature integrated layer neurons N 1I , N to which N ' 2D connects
2I, N 3 I, N 4I is a mutual coupling and phase synchronization circuit (indicated by binding a thick arrow). With this configuration, the number of wires required for mutual coupling is reduced as compared with the third embodiment. Further, even if the above-described wiring is reduced, the operation problem (because a plurality of phase-synchronous signals are asynchronously input, the phase-locked circuit generates an independent phase-locked signal and eliminates the overlapping receptive field structure). There is no occurrence of a time window generation timing shift between the phase locked loop and the feature detection layer.

【0218】同様に図10(B)に示す構成では、位相
同期回路と相互結合をするのは、N' 2Dが入力を受ける特
徴統合層ニューロン群のうち、その重心位置近傍にある
ニューロンの一つ(N3I)のみである。かかる構成は相互
結合のための配線の更なる軽減をもたらす。 また、位
相同期回路は図10(B)で入力を受けるべき特徴統合
層ニューロンのうち、最大出力を行うニューロンからの
み入力を受けるように構成することもできる。例えば、
図11に示す構成では、特徴統合層ニューロン群と位相
同期回路との間にかかる最大出力を検出するいわゆるWi
nner-Take-All回路(以下、WTA回路と言う)を設定
し、位相同期回路はこのWTA回路からの出力を受ける
ようにした。特徴統合層ニューロン群と特徴検出層ニュ
ーロン群との結合は図10(A)(B)と同様である。
このようにして入力(画像)データ上の所定範囲の局所
領域で最も顕著な特徴を検出する特徴統合層ニューロン
からの出力に基づく局所タイミング制御を行うことによ
り、より小さい回路規模での並列パルス信号処理の安定
動作が実現される。
Similarly, in the configuration shown in FIG.
It is N 'that interconnects with the synchronous circuit. 2DReceive input
Near the center of gravity of the neuron group
One of the neurons (N3I) Only. Such a configuration is
This leads to a further reduction of wiring for coupling. Also rank
The phase synchronizing circuit integrates the features to receive the input in FIG.
Out of the layer neurons
It can also be configured to receive only input. For example,
In the configuration shown in FIG. 11, the feature integration layer neuron group and the phase
The so-called Wi that detects the maximum output between the synchronous circuit
Set nner-Take-All circuit (WTA circuit)
And the phase locked loop receives the output from the WTA circuit.
I did it. The feature integration layer neuron group and the feature detection layer
The connection with the iron group is the same as in FIGS. 10 (A) and 10 (B).
In this way, a local area within a predetermined range on input (image) data
Feature integrated layer neuron that detects the most prominent features in the region
By performing local timing control based on the output from the
And stable parallel pulse signal processing with smaller circuit scale
Operation is realized.

【0219】[0219]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、信
号処理回路において、回路規模の増大や消費電力の増大
を招かずに、矛盾無く安定的に同期動作を実現できると
いう効果がある。
As described above, according to the present invention, in the signal processing circuit, there is an effect that the synchronous operation can be stably realized without contradiction without increasing the circuit scale and the power consumption.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のネットワーク全体構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a network according to the present invention.

【図2】シナプス部とニューロン素子部の構成及びニュ
ーロン素子の回路構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a synapse section and a neuron element section and a circuit configuration of a neuron element.

【図3】特徴統合層(または入力層)から特徴検出層ニ
ューロンへの複数パルス伝播の様子を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing how multiple pulses propagate from a feature integration layer (or an input layer) to a feature detection layer neuron.

【図4】シナプス回路の構成図を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration diagram of a synapse circuit.

【図5】シナプス結合小回路の構成、及び実施形態1で
用いるパルス位相遅延回路の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a synapse coupling small circuit and a configuration of a pulse phase delay circuit used in the first embodiment.

【図6】第二実施形態における位相同期回路の結合構造
例の模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a coupling structure of a phase locked loop according to a second embodiment.

【図7】特徴検出ニューロンに入力される異なる特徴要
素に対応する複数パルスを処理する際の時間窓の構成、
重み関数分布の例、特徴要素の例を示す図である。
FIG. 7 shows a configuration of a time window when processing a plurality of pulses corresponding to different feature elements input to the feature detection neuron,
It is a figure which shows the example of a weight function distribution, and the example of a characteristic element.

【図8】第三実施形態に係る位相同期回路を中心とした
結合構造の模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram of a coupling structure centering on a phase locked loop circuit according to a third embodiment.

【図9】各ニューロンのパルス発火タイミングを示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing pulse firing timing of each neuron.

【図10】第四実施形態に係る位相同期回路を中心とし
た結合構造の模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of a coupling structure centering on a phase locked loop circuit according to a fourth embodiment.

【図11】第四実施形態に係る位相同期回路を中心とし
た結合構造の模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of a coupling structure centering on a phase locked loop circuit according to a fourth embodiment.

【図12】パターン認識装置を搭載した撮影装置の構成
例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of a photographing device equipped with a pattern recognition device.

【図13】第一実施形態における位相同期工程の結合構
造例の模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram of an example of a coupling structure in a phase synchronization step according to the first embodiment.

【図14】位相同期回路のブロック構成を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram illustrating a block configuration of a phase synchronization circuit.

【図15】位相同期信号の入出力を中心とした結合構造
例及び位相同期信号による発火過程を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an example of a coupling structure centering on input and output of a phase synchronization signal and a firing process by the phase synchronization signal.

【図16】各ニューロンのパルス発火タイミングを示す
図である。
FIG. 16 is a diagram showing pulse firing timing of each neuron.

フロントページの続き (72)発明者 森 克彦 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 Fターム(参考) 5B057 AA01 BA02 CH04 CH08 DA11 DC40 Continued on the front page (72) Inventor Katsuhiko Mori 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo F-term (reference) in Canon Inc. 5B057 AA01 BA02 CH04 CH08 DA11 DC40

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに所定の規則に基づいて結合して並
列配置され、入力信号に対して所定の演算を行い出力を
行う複数の演算素子と、 所定の近傍の前記演算素子に対して、位相同期信号を出
力する位相同期信号発生回路と、 所定の近傍の前記演算素子の出力の許容位相差以内の同
期を検出する同期検出手段とを有し、 前記位相同期信号発生回路は、前記同期検出手段の同期
検出結果に応じて、前記の所定の演算を行い出力を行う
演算素子としても機能することを特徴とする信号処理回
路。
1. A plurality of arithmetic elements which are connected in parallel with each other based on a predetermined rule, perform a predetermined operation on an input signal and output a signal, and A phase synchronization signal generation circuit that outputs a synchronization signal; and synchronization detection means that detects synchronization within an allowable phase difference between outputs of the arithmetic element in a predetermined vicinity. A signal processing circuit that also functions as an arithmetic element that performs the predetermined operation and outputs the result according to a synchronization detection result of the means.
【請求項2】 前記位相同期信号発生回路は、前記所定
の近傍の演算素子から入力される時系列信号に応じて、
位相同期信号を出力することを特徴とする請求項1記載
の信号処理回路。
2. The method according to claim 1, wherein the phase synchronization signal generating circuit is configured to:
2. The signal processing circuit according to claim 1, wherein the signal processing circuit outputs a phase synchronization signal.
【請求項3】 前記位相同期信号発生回路の出力は、パ
ルス信号であることを特徴とする請求項1または2に記
載の信号処理回路。
3. The signal processing circuit according to claim 1, wherein an output of the phase synchronization signal generation circuit is a pulse signal.
【請求項4】 前記所定の近傍の演算素子が不応期を有
し、かつ前記位相同期信号発生回路において、信号が入
力されてから位相同期信号が出力されるまでの時間間隔
が、前記所定の近傍の演算素子の不応期以上の時間間隔
を有することを特徴とする請求項3記載の信号処理回
路。
4. The method according to claim 1, wherein the arithmetic element in the vicinity of the predetermined has a refractory period, and the time interval from the input of the signal to the output of the phase synchronization signal in the phase synchronization signal generating circuit is the predetermined time interval. 4. The signal processing circuit according to claim 3, wherein the signal processing circuit has a time interval equal to or longer than a refractory period of a nearby operation element.
【請求項5】 前記位相同期信号発生回路から前記所定
の近傍の演算素子に対して出力される位相同期信号の出
力が、前記所定の近傍の演算素子からの出力信号間の位
相差が前記許容位相差以内となるように制御されている
ことを特徴とする請求項1〜4に記載の信号処理回路。
5. An output of a phase synchronization signal output from the phase synchronization signal generating circuit to the predetermined neighboring arithmetic element, wherein a phase difference between output signals from the predetermined neighboring arithmetic element is equal to the allowable value. 5. The signal processing circuit according to claim 1, wherein the signal processing is controlled so as to be within a phase difference.
【請求項6】 前記所定の近傍の演算素子が不応期を有
し、かつ前記所定の近傍の演算素子の出力信号間の位相
差は、前記位相同期信号が前記演算素子の不応期以外に
入力された場合に前記許容位相差以内となることを特徴
とする請求項5記載の信号処理回路。
6. A phase difference between output signals of said predetermined neighboring arithmetic elements when said predetermined neighboring arithmetic elements have a refractory period, and said phase difference between said output signals of said predetermined neighboring arithmetic elements is other than the refractory period of said arithmetic elements. 6. The signal processing circuit according to claim 5, wherein the difference is within the allowable phase difference.
【請求項7】 前記同期検出手段が、入力信号の積分値
に応じて出力を行う演算素子を備えることを特徴とする
請求項1〜6に記載の信号処理回路。
7. The signal processing circuit according to claim 1, wherein said synchronization detecting means includes an arithmetic element for outputting an output according to an integral value of an input signal.
【請求項8】 互いに所定の規則に基づいて結合して並
列配置され、入力信号に対して所定の演算を行い出力を
行う複数の演算素子と、 所定の近傍の前記演算素子に対して、位相同期信号を出
力する位相同期信号発生回路と、 所定の近傍の前記演算素子の出力の許容位相差以内の同
期を検出する同期検出手段とを有し、 前記位相同期信号発生回路から前記所定の近傍の演算素
子に対して出力される位相同期信号の出力が、前記所定
の近傍の演算素子からの出力信号間の位相差が、前記許
容位相差以内となるように制御されることを特徴とする
信号処理回路。
8. A plurality of arithmetic elements which are connected to each other in accordance with a predetermined rule and arranged in parallel, perform a predetermined operation on an input signal and output the same, A phase synchronization signal generation circuit that outputs a synchronization signal; and a synchronization detection unit that detects synchronization within an allowable phase difference between outputs of the arithmetic element in a predetermined vicinity, and the predetermined proximity from the phase synchronization signal generation circuit. Wherein the output of the phase synchronization signal output to the arithmetic element is controlled such that the phase difference between the output signals from the predetermined adjacent arithmetic elements is within the allowable phase difference. Signal processing circuit.
【請求項9】 前記所定の近傍の演算素子が不応期を有
し、かつ前記所定の近傍の演算素子の出力信号間の位相
差は、前記位相同期信号が前記演算素子の不応期以外に
入力された場合に前記許容位相差以内となることを特徴
とする請求項8記載の信号処理回路。
9. The phase difference between the output signals of the predetermined neighboring arithmetic elements having a refractory period, and the phase synchronization signal being input in a period other than the refractory period of the arithmetic elements. 9. The signal processing circuit according to claim 8, wherein the difference is within the allowable phase difference.
【請求項10】 前記位相同期信号発生回路は、前記所
定の近傍の演算素子から入力される時系列信号に応じ
て、位相同期信号を出力することを特徴とする、請求項
8または9に記載の信号処理回路。
10. The phase synchronization signal generation circuit according to claim 8, wherein the phase synchronization signal generation circuit outputs a phase synchronization signal in accordance with a time series signal input from the predetermined neighboring arithmetic element. Signal processing circuit.
【請求項11】 前記同期検出手段が、入力信号の積分
値に応じて出力を行う演算素子であることを特徴とする
請求項8〜10に記載の信号処理回路。
11. The signal processing circuit according to claim 8, wherein the synchronization detecting means is an arithmetic element that outputs an output according to an integrated value of an input signal.
【請求項12】 前記位相同期信号発生回路の出力は、
パルス信号であることを特徴とする請求項8〜11に記
載の信号処理回路。
12. An output of the phase synchronization signal generation circuit,
The signal processing circuit according to claim 8, wherein the signal processing circuit is a pulse signal.
【請求項13】 前記所定の近傍の演算素子が不応期を
有し、かつ前記位相同期信号発生回路において、信号が
入力されてから位相同期信号が出力されるまでの時間間
隔が、前記所定の近傍の演算素子の不応期以上の時間間
隔を有することを特徴とする請求項12記載の信号処理
回路。
13. The method according to claim 1, wherein the arithmetic element in the vicinity of the predetermined period has a refractory period, and the time interval from the input of the signal to the output of the phase synchronization signal in the phase synchronization signal generation circuit is the predetermined time interval. 13. The signal processing circuit according to claim 12, wherein the signal processing circuit has a time interval equal to or longer than a refractory period of a neighboring arithmetic element.
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