JPH05303563A - Signal processor - Google Patents

Signal processor

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Publication number
JPH05303563A
JPH05303563A JP4109822A JP10982292A JPH05303563A JP H05303563 A JPH05303563 A JP H05303563A JP 4109822 A JP4109822 A JP 4109822A JP 10982292 A JP10982292 A JP 10982292A JP H05303563 A JPH05303563 A JP H05303563A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
output
coupling coefficient
signal processing
dimensional light
Prior art date
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Pending
Application number
JP4109822A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyasu Mifune
博庸 三船
Takashi Kitaguchi
貴史 北口
Shinichi Suzuki
伸一 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP4109822A priority Critical patent/JPH05303563A/en
Publication of JPH05303563A publication Critical patent/JPH05303563A/en
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Abstract

PURPOSE:To count many signals in pulse density representation at a high speed while maintaining the parallelism of a neural network. CONSTITUTION:The signal processor has a signal processing network formed by connecting plural signal processing means, which each have a 1st arithmetic means for logical arithmetic between plural input signals in pulse density representation and a coupling coefficient held in a memory, a grouping means for dividing the arithmetic result of the 1st arithmetic means into two stimulative and suppressive coupling groups, an OR means for 0Ring the groups, and a coupling coefficient varying means for varying the coupling coefficient in the memory by calculating a new coupling coefficient on the basis of plural error signals, in a network shape; and this signal processor is provided with a two-dimensional light emitting means 55 which develops the respective output means of the signal processing means with time and outputs them to the final output stage of the signal processing network at the same time and an output counter 54 paired with a linear photodetecting means 56 made to correspond to the two-dimensional light emitting means 55 on the same plane.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば画像や音声の認
識、ロボット等の位置制御、エアコンの温度制御、ロケ
ットの軌道制御等のような各種運動の制御に適用可能
な、神経細胞を模倣したニューロコンピュータ等の信号
処理装置に関する。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to control of various movements such as recognition of images and voices, position control of robots, temperature control of air conditioners, orbit control of rockets, etc. The present invention relates to a signal processing device such as a neuro computer.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体の情報処理の基本的な単位である神
経細胞(ニューロン)の機能を模倣し、さらに、この
「神経細胞模倣素子」(神経細胞ユニット)をネットワ
ークにし、情報の並列処理を目指したのが、いわゆるニ
ューラルネットワークである。文字認識や連想記憶、運
動制御等、生体ではいとも簡単に行われていても、従来
のノイマン型コンピュータではなかなか達成しないもの
が多い。生体の神経系、特に生体特有の機能、即ち並列
処理、自己学習等をニューラルネットワークにより模倣
して、これらの問題を解決しようとする試みが、計算機
シミュレーションを中心として、盛んに行われている。
2. Description of the Related Art The function of a nerve cell (neuron), which is a basic unit of information processing of a living body, is mimicked, and further, this "nerve cell mimicking element" (nerve cell unit) is connected to a network to process information in parallel. The aim is a so-called neural network. Although it is easy to perform character recognition, associative memory, motion control, etc. in a living body, there are many things that conventional Neumann computers cannot easily achieve. Attempts to solve these problems by imitating the neural system of a living body, in particular, the functions peculiar to the living body, that is, parallel processing, self-learning, etc., by a neural network are being actively made, centering on computer simulation.

【0003】まず、従来のニューラルネットワークのモ
デルについて説明する。図8はある1つの神経細胞ユニ
ットAを表す図であり、図9はこれをネットワークにし
たものである。A1,A2,A3 は各々神経細胞ユニット
を表す。1つの神経細胞ユニットは多数の他の神経細胞
ユニットと結合しており、それらから受けた信号を処理
して出力を出す。図9の場合、ネットワークは階層型で
あり、神経細胞ユニットA2 は1つ前(左側)の層の神
経細胞ユニットA1 より信号を受け、1つ後(右側)の
層の神経細胞ユニットA3 へ出力する。
First, a conventional neural network model will be described. FIG. 8 is a diagram showing a certain nerve cell unit A, and FIG. 9 is a network thereof. A 1 , A 2 , and A 3 each represent a nerve cell unit. One neuronal cell unit is coupled to a number of other neuronal cell units and processes the signals received from them to produce an output. In the case of FIG. 9, the network is hierarchical, and the nerve cell unit A 2 receives a signal from the nerve cell unit A 1 in the previous layer (left side) and the nerve cell unit A 1 in the next layer (right side). Output to 3 .

【0004】より詳細に説明する。まず、図8の神経細
胞ユニットAにおいて、他の神経細胞ユニットと自分の
ユニットとの結合の度合いを表すのが結合係数と呼ばれ
るもので、i番目の神経細胞ユニットとj番目の神経細
胞ユニットの結合係数を一般にTijで表す。結合には、
相手のユニット(自己のユニットに信号を送ってくるユ
ニット)からの信号が大きい程自己のユニット出力が大
きくなる興奮性結合と、相手のユニットからの信号が大
きい程自己のユニット出力が小さくなる抑制性結合とが
あり、Tij>0が興奮性結合、Tij<0が抑制性結合を
表す。今、自分の神経細胞ユニットがj番目のユニット
であるとし、i番目の神経細胞ユニットの出力をyi
するとこれに結合係数Tijを掛けたTiji が、自分の
ユニットへの入力となる。前述したように、1つの神経
細胞ユニットは多数の神経細胞ユニットと結合している
ので、それらのユニットに対するTiji を足し合わせ
た結果なるΣTiji が、ネットワーク内における自分
の神経細胞ユニットへの入力となる。これを内部電位と
いい、uj で表す。
A more detailed description will be given. First, in the nerve cell unit A of FIG. 8, the degree of coupling between another nerve cell unit and its own unit is called a coupling coefficient, and the coupling coefficient of the i-th nerve cell unit and the j-th nerve cell unit The coupling coefficient is generally represented by T ij . To join,
Excitatory coupling in which the larger the signal from the other unit (the unit that sends a signal to the own unit) is, the larger the own unit output is, and the larger the signal from the other unit is, the smaller the own unit output is suppressed. Sex connection, where T ij > 0 represents excitatory connection and T ij <0 represents inhibitory connection. Now, assuming that the own nerve cell unit is the j-th unit, and the output of the i-th nerve cell unit is y i , T ij y i obtained by multiplying this by the coupling coefficient T ij is the input to the own unit. Becomes As described above, since one nerve cell unit is connected to many nerve cell units, ΣT ij y i, which is the result of adding T ij y i for these units, is It becomes an input to the unit. This is called the internal potential and is represented by u j .

【0005】[0005]

【数1】 [Equation 1]

【0006】次に、この入力(内部電位)に対して閾値
を加えて非線形な処理をすることで、その神経細胞ユニ
ットの出力とする。この時に用いる関数を神経細胞応答
関数と呼び、非線形関数として、(2)式及び図10に示
すようなシグモイド関数を用いる。
Next, a threshold value is added to this input (internal potential) to perform non-linear processing, and the result is output from the nerve cell unit. The function used at this time is called a nerve cell response function, and the sigmoid function as shown in equation (2) and FIG. 10 is used as the nonlinear function.

【0007】[0007]

【数2】 [Equation 2]

【0008】このような神経細胞ユニットを図9に示す
ようにネットワークに構成した時には、各結合係数Tij
を与え、(1)(2)式を次々と計算することにより、情報
の並列処理が可能となり、最終的な出力が得られるもの
である。
When such a nerve cell unit is configured in a network as shown in FIG. 9, each coupling coefficient T ij
And parallel calculation of the equations (1) and (2) one after another makes it possible to perform parallel processing of information and obtain a final output.

【0009】このような階層型ニューラルネットワーク
において、ある入力に対して望ましい結果が出力される
ように、結合係数Tijを更新していくような学習を行な
うことにより、所望のニューラルネットワークを構築す
る。このような学習方法として最も広く用いられている
のは誤差逆伝播法、いわゆるバックプロパゲーション法
である。
In such a hierarchical neural network, a desired neural network is constructed by performing learning such that the coupling coefficient T ij is updated so that a desired result is output for a certain input. .. The most widely used such learning method is the error back-propagation method, so-called back-propagation method.

【0010】このようなネットワークを電子回路により
実現してシステム化した、いわゆるニューロコンピュー
タの一例として特開平2−236658号公報に示され
るものがある。これらでは、出力パルスの密度の数を数
えて出力値としている。
An example of a so-called neurocomputer in which such a network is realized by an electronic circuit and is systemized is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 236658/1990. In these cases, the number of output pulse densities is counted as an output value.

【0011】ここに、その一例として、デジタル方式の
自己学習機能付きニューロンモデルとして、特願平2−
412448号、特願平3−29342号等として本出
願人により提案されている信号処理装置の構成例及び作
用を図11ないし図30により説明する。提案例の前提
とするニューラルネットワークは、結合係数可変回路と
この結合係数可変回路の可変結合係数値を教師信号に対
する誤差信号に基づいて生成する結合係数生成回路とを
有する自己学習回路を付設したデジタル論理回路による
複数の神経細胞模倣素子よりなる信号処理手段を網状に
接続して構成される。
Here, as an example, as a digital neuron model with a self-learning function, Japanese Patent Application No.
A configuration example and an operation of a signal processing device proposed by the present applicant as No. 4124048 and Japanese Patent Application No. 3-29342 will be described with reference to FIGS. The neural network that is the premise of the proposed example is a digital circuit equipped with a self-learning circuit having a coupling coefficient variable circuit and a coupling coefficient generating circuit that generates a variable coupling coefficient value of the coupling coefficient variable circuit based on an error signal for a teacher signal. It is configured by connecting a signal processing means composed of a plurality of nerve cell mimicking elements by a logic circuit in a mesh.

【0012】まず、提案例におけるニューラルネットワ
ークはデジタル構成によりハードウエア化したものであ
るが、基本的な考え方としては、 神経細胞ユニットに関する入出力信号、中間信号、
結合係数、教師信号などは全て、「0」「1」の2値で
表されたパルス列で表す。 ネットワーク内部での信号の量は、パルス密度で表
す(ある一定時間内の「1」の数)。 神経細胞ユニット内での計算は、パルス列同士の論
理演算で表す。 結合係数のパルス列はメモリ上に置く。 学習は、このパルス列を書換えることで実現する。 学習については、与えられた教師信号パルス列を基
に誤差を計算し、これに基づいて、結合係数パルス列を
変化させる。このとき、誤差の計算、結合係数の変化分
の計算も、全て、「0」「1」のパルス列の論理演算で
行う。 ようにしたものである。
First, the neural network in the proposed example is implemented by hardware by a digital configuration, but the basic idea is that the neural network unit input / output signals, intermediate signals,
The coupling coefficient, the teacher signal, etc. are all represented by a binary pulse train of "0" and "1". The amount of signal inside the network is represented by the pulse density (the number of "1" s within a certain fixed time). The calculation in the nerve cell unit is represented by a logical operation between pulse trains. The pulse train of the coupling coefficient is placed in the memory. Learning is realized by rewriting this pulse train. For learning, an error is calculated based on the given teacher signal pulse train, and the coupling coefficient pulse train is changed based on the error. At this time, the calculation of the error and the change of the coupling coefficient are all performed by the logical operation of the pulse train of "0" and "1". It was done like this.

【0013】以下、この思想について説明する。まず、
デジタル論理回路による信号処理に関し、フォワードプ
ロセスにおける信号処理を説明する。図11は1つの神
経細胞ユニット(神経細胞模倣素子)20に相当する部
分を示し、ニューラルネットワーク全体としては例えば
図12に示すように階層型とされる。入出力は、全て、
「1」「0」に2値化され、かつ、同期化されたものが
用いられる。入力信号yi の強度はパルス密度で表現
し、例えば図13に示すパルス列のようにある一定時間
内にある「1」の状態数で表す。即ち、図13の例は、
4/6を表し、同期パルス6個中に信号は「1」が4
個、「0」が2個である。このとき、「1」と「0」の
並び方はランダムであることが望ましい。
This idea will be described below. First,
Regarding signal processing by a digital logic circuit, signal processing in the forward process will be described. FIG. 11 shows a portion corresponding to one nerve cell unit (nerve cell mimicking element) 20, and the entire neural network is of a hierarchical type as shown in FIG. 12, for example. Input and output are all
The one that is binarized into “1” and “0” and synchronized is used. The intensity of the input signal y i is represented by the pulse density, and is represented by the number of states of “1” within a certain fixed time as in the pulse train shown in FIG. 13, for example. That is, the example of FIG.
4/6, and the signal "1" is 4 in 6 sync pulses.
There are two "0" s. At this time, it is desirable that the arrangement of "1" and "0" is random.

【0014】一方、各神経細胞ユニット20間の結合の
度合を示す結合係数Tijも同様にパルス密度で表現し、
「0」と「1」とのパルス列として予めメモリ上に用意
しておく。図14の例は、「101010」=3/6を
表す式である。この場合も、「1」と「0」の並び方は
ランダムであることが望ましい。
On the other hand, the coupling coefficient T ij indicating the degree of coupling between the nerve cell units 20 is similarly expressed by pulse density,
The pulse train of "0" and "1" is prepared in advance in the memory. The example of FIG. 14 is an expression representing “101010” = 3/6. Also in this case, it is desirable that the arrangement of "1" and "0" is random.

【0015】そして、このパルス列を同期クロックに応
じてメモリ上より順次読出し、図11に示すように各々
ANDゲート21により入力信号パルス列との論理積を
とる(yi ∩ Tij)。これを、神経細胞jへの入力とす
る。上例の場合で説明すると、入力信号が「10110
1」として入力されたとき、これと同期してメモリ上よ
りパルス列を呼出し、順次ANDをとることにより、図
15に示すような「101000」が得られ、これは入
力yi が結合係数Tijにより変換されパルス密度が2/
6となることを示している。
Then, this pulse train is sequentially read from the memory in response to the synchronous clock, and the AND gate 21 takes the logical product with the input signal pulse train as shown in FIG. 11 (y i ∩ T ij ). This is used as an input to the nerve cell j. In the case of the above example, the input signal is “10110
When "1" is input, the pulse train is called from the memory in synchronization with this and "101000" as shown in FIG. 15 is obtained by sequentially performing AND, which means that the input y i is the coupling coefficient T ij. And the pulse density is 2 /
6 is shown.

【0016】ANDゲート21の出力のパルス密度は、
近似的には入力信号のパルス密度と結合係数のパルス密
度との積となり、アナログ方式の結合係数と同様の機能
を有する。これは、信号の列が長いほど、また、「1」
と「0」との並び方がランダムであるほど、数値の積に
近い機能を持つことになる。ランダムでないとは、
「1」(又は、「0」)が密集(密接)していることを
意味する。なお、入力パルス列に比べて結合係数のパル
ス列が短く、読出すべきデータがなくなったら、再びデ
ータの先頭に戻って読出しを繰返えせばよい。
The pulse density of the output of the AND gate 21 is
It is approximately the product of the pulse density of the input signal and the pulse density of the coupling coefficient, and has the same function as the analog coupling coefficient. This is because the longer the signal train is, the more "1"
The more random the arrangement of "0" and "0", the closer to the product of numerical values it has. Not random means
It means that "1" (or "0") is dense (close). When the pulse train of the coupling coefficient is shorter than the input pulse train and there is no data to be read, the head of the data may be returned to and the reading may be repeated.

【0017】1つの神経細胞ユニット20は多入力であ
るので、前述した「入力信号と結合係数とのAND」も
多数あり、次にOR回路22によりこれらの論理和をと
る。入力は同期化されているので、例えば1番目のデー
タが「101000」、2番目のデータが「01000
0」の場合、両者のORをとると、「111000」と
なる。これを多入力同時に計算し出力とすると、例えば
入力数がm個の場合、図16に示すようになる。これ
は、アナログ計算における和の計算及び非線形関数(シ
グモイド関数)の部分に対応している。
Since one nerve cell unit 20 has multiple inputs, there are also many "ANDs of the input signal and the coupling coefficient" described above, and the OR circuit 22 then takes the logical sum of these. Since the inputs are synchronized, for example, the first data is "101000" and the second data is "01000".
In the case of “0”, the OR of both is “111000”. If multiple inputs are simultaneously calculated and output, for example, when the number of inputs is m, the result is as shown in FIG. This corresponds to the sum calculation and the non-linear function (sigmoid function) part in the analog calculation.

【0018】パルス密度が低い場合、そのORをとった
もののパルス密度は、各々のパルス密度の和に近似的に
一致する。パルス密度が高くなるにつれ、OR回路22
の出力は段々飽和してくるので、パルス密度の和とは一
致せず、非線形性が出てくる。ORの場合、パルス密度
は1よりも大きくなることがなく、かつ、0より小さく
なることもなく、さらには、単調増加関数であり、シグ
モイド関数と近似的に同等となる。
When the pulse density is low, the pulse density of its OR is approximately equal to the sum of the respective pulse densities. As the pulse density increases, the OR circuit 22
Since the output of is gradually saturated, it does not match the sum of pulse densities, and nonlinearity appears. In the case of OR, the pulse density does not become larger than 1 and does not become smaller than 0, and is a monotonically increasing function, which is approximately equivalent to the sigmoid function.

【0019】ところで、結合には興奮性と抑制性があ
り、数値計算の場合には、結合係数の符号で表し、アナ
ログ回路の場合はTijが負となる場合(抑制性結合)は
増幅器を用いて出力を反転させてTijに相当する抵抗値
で他の神経細胞ユニットに結合させている。この点、デ
ジタル方式の提案例にあっては、まず、Tijの正負によ
り各結合を興奮性結合と抑制性結合との2つのグループ
に分け、次いで、「入力信号と結合係数のパルス列のA
ND」同士のORをこのグループ別に計算する。そし
て、興奮性結合グループの出力のみが「1」のとき、
「1」を出力し、それ以外の場合には、「0」を出力す
る。このような機能を実現するためには、(抑制性結合
グループの出力のNOT)と(興奮性結合グループの出
力)とのANDをとればよい。即ち、図17に示すよう
になる。論理式で表現すると、次の(3)〜(5)式で示さ
れる。
By the way, the coupling has excitability and inhibition, and in the case of numerical calculation, it is represented by the sign of the coupling coefficient, and in the case of an analog circuit, when T ij is negative (inhibition coupling), an amplifier is used. It is used to invert the output and connect it to another nerve cell unit with a resistance value corresponding to T ij . In this regard, in the proposed digital method, first, each coupling is divided into two groups of excitatory coupling and inhibitory coupling according to the positive / negative of T ij , and then “A of the pulse train of the input signal and the coupling coefficient is divided into two groups.
The OR of “ND” is calculated for each group. And when only the output of the excitatory coupling group is "1",
"1" is output, and in other cases, "0" is output. In order to realize such a function, the AND of the output of the inhibitory coupling group and the output of the excitatory coupling group may be ANDed. That is, it becomes as shown in FIG. When expressed by a logical expression, it is expressed by the following expressions (3) to (5).

【0020】[0020]

【数3】 [Equation 3]

【0021】神経細胞ユニット20のネットワークは、
バックプロパゲーションと同様な階層型(即ち、図1
2)とする。そして、ネットワーク全体を同期させてお
けば、各層とも上述した機能により計算できる。
The network of nerve cell units 20 is
Hierarchical type similar to backpropagation (ie, FIG.
2). If the entire network is synchronized, each layer can be calculated by the functions described above.

【0022】次に、学習(バックプロパゲーション)に
おける信号演算処理について説明する。基本的には、以
下のa又はbにより誤差信号を求め、次いで、cの方法
により結合係数の値を変化させるようにすればよい。
Next, the signal calculation processing in learning (back propagation) will be described. Basically, the error signal may be obtained by the following a or b, and then the value of the coupling coefficient may be changed by the method of c.

【0023】a.最終層における誤差信号 最終層で各神経細胞ユニットにおける誤差信号を計算
し、それを基にその神経細胞ユニットに関わる結合係数
を変化させる。そのための、誤差信号の計算法について
述べる。ここに、「誤差信号」を以下のように定義す
る。誤差を数値で表すと、一般には正、負の両方をとり
得るが、パルス密度の場合には、正、負の両方を同時に
表現できないので、+成分を表す信号と、−成分を表す
信号との2種類を用いて誤差信号を表現する。即ち、j
番目の神経細胞ユニットの誤差信号は、図18のように
示される。つまり、誤差信号の+成分は教師信号パルス
と出力パルスとの違っている部分(1,0)又は(0,
1)の内、教師信号側に存在するパルス、他方、−成分
は同様に出力側に存在するパルスである。換言すれば、
出力パルスに誤差信号+パルスを付け加え、誤差信号−
パルスを取り除くと、教師パルスとなることになる。即
ち、これらの正負の誤差信号δj(+),δj(-)を論理式で
表現すると、各々(6)(7)式のようになる。式中、EX
ORは排他的論理和を表す。このような誤差信号パルス
を基に結合係数を後述するように変化させることにな
る。
A. Error signal in the final layer The error signal in each nerve cell unit is calculated in the last layer, and the coupling coefficient relating to the nerve cell unit is changed based on the error signal calculated. The calculation method of the error signal for that is described. Here, the "error signal" is defined as follows. When expressing the error by a numerical value, generally, both positive and negative can be taken, but in the case of pulse density, both positive and negative cannot be expressed at the same time, so there are a signal representing + component and a signal representing − component. The error signal is expressed using two types. That is, j
The error signal of the th neuron unit is shown in FIG. In other words, the + component of the error signal is the portion (1, 0) or (0,
Among 1), the pulse existing on the teacher signal side, on the other hand, the-component is the pulse existing on the output side as well. In other words,
Error signal + pulse is added to the output pulse, and error signal −
Removing the pulse will result in a teacher pulse. That is, when these positive and negative error signals δ j (+) and δ j (-) are expressed by logical expressions, the expressions (6) and (7) are obtained. In the formula, EX
OR represents an exclusive OR. The coupling coefficient is changed based on such an error signal pulse as described later.

【0024】[0024]

【数4】 [Equation 4]

【0025】b.中間層における誤差信号 まず、上記の誤差信号を逆伝播させ、最終層とその1つ
前の層との結合係数だけでなく、さらにその前の層の結
合係数も変化する。そのため、中間層における各神経細
胞ユニットでの誤差信号を計算する必要がある。中間層
のある神経細胞ユニットから、さらに1つ先の層の各神
経細胞ユニットへ信号を伝播させたのとは、丁度逆の要
領で1つ先の層の各神経細胞ユニットにおける誤差信号
を集めてきて、自己の誤差信号とする。このことは、神
経細胞ユニット内での前述した演算式(3)〜(5)や図1
3〜図17に示した場合と同じような要領で行うことが
できる。ただし、神経細胞ユニット内での前述した処理
と異なるのは、yは1つの信号であるのに対して、δは
正、負を表す信号として2つの信号を持ち、その両方の
信号を考慮する必要があることである。従って、結合係
数Tの正負、誤差信号δの正負に応じて4つの場合に分
ける必要がある。
B. Error Signal in Intermediate Layer First, the above-mentioned error signal is back-propagated to change not only the coupling coefficient between the final layer and the layer immediately before it but also the coupling coefficient of the layer before that. Therefore, it is necessary to calculate the error signal in each nerve cell unit in the middle layer. Signals were propagated from the neuron unit with an intermediate layer to each neuron unit in the next layer, which is exactly the reverse of the procedure of collecting error signals in each neuron unit in the next layer. And use it as its own error signal. This means that the above-mentioned arithmetic expressions (3) to (5) in FIG.
It can be performed in the same manner as in the case shown in FIGS. However, the difference from the above-mentioned processing in the nerve cell unit is that y is one signal, while δ has two signals as positive and negative signals, and both signals are considered. It is necessary. Therefore, it is necessary to divide into four cases depending on whether the coupling coefficient T is positive or negative and the error signal δ is positive or negative.

【0026】まず、興奮性結合の場合を説明する。この
場合、中間層のある神経細胞ユニットについて、1つ先
の層(図12における最終層)のj番目の神経細胞ユニ
ットでの誤差信号+と、その神経細胞ユニットと自己ユ
ニット(図12における中間層のあるj番目の神経細胞
ユニット)との結合係数のANDをとったもの(δj(+)
∩ Tij)を各神経細胞ユニットについて求め、さら
に、これら同士のORをとる{∪(δj(+)
ij)}。これを自己ユニットの誤差信号δj(+)とす
る。即ち、1つ先の層の神経細胞ユニット数をn個とす
ると、図19に示すようになる。
First, the case of excitatory coupling will be described. In this case, for a nerve cell unit having an intermediate layer, the error signal + at the j-th nerve cell unit of the next layer (final layer in FIG. 12), the nerve cell unit and the self unit (intermediate in FIG. 12) AND of the coupling coefficient with the j-th nerve cell unit with a layer) (δ j (+)
∩ T ij ) is obtained for each nerve cell unit, and the OR between them is taken {∪ (δ j (+)
T ij )}. This is the error signal δ j (+) of the self unit. That is, assuming that the number of nerve cell units in the layer one layer ahead is n, the result is as shown in FIG.

【0027】同様に、1つ先の層の神経細胞ユニットで
の誤差信号−と結合係数とのANDをとり、さらに、こ
れら同士のORをとることにより、自己ユニットの誤差
信号δj(-)とする。即ち、図20に示すようになる。
Similarly, the error signal δ j (-) of the self unit is obtained by ANDing the error signal − and the coupling coefficient in the nerve cell unit of the layer one layer ahead and further ORing them. And That is, it becomes as shown in FIG.

【0028】次に、抑制性結合の場合を説明する。この
場合、1つ先の層の神経細胞ユニットでの誤差信号−と
その神経細胞ユニットと自己との結合係数のANDをと
り、さらにこれら同士のORをとる。これを、自己ユニ
ットの層の誤差信号δj(+)とする。即ち、図21に示す
ようになる。
Next, the case of inhibitory binding will be described. In this case, the AND of the error signal in the nerve cell unit of the layer one layer ahead and the coupling coefficient of the nerve cell unit and the self is taken, and further the OR between them is taken. This is the error signal δ j (+) of the layer of the self unit. That is, it becomes as shown in FIG.

【0029】また、1つ先の誤差信号+と結合係数との
ANDをとり、さらにこれら同士のORをとることによ
り、同様に、自己ユニットの誤差信号δj(-)とする。即
ち、図22に示すようになる。
Further, by ANDing the error signal + which is one ahead and the coupling coefficient, and further ORing them, the error signal δ j (-) of the self unit is similarly obtained. That is, it becomes as shown in FIG.

【0030】1つの神経細胞ユニットから別の神経細胞
ユニットへは興奮性で結合しているものもあれば、抑制
性で結合しているものもあるので、図19のように求め
た誤差信号δj(+)と図21のように求めた誤差信号δ
j(+)とのORをとり、それを自己ユニットから1つ前の
層の神経細胞ユニットへ出力される誤差信号δj(+)とす
る。同様に、図20のように求めた誤差信号δj(-)と図
22のように求めた誤差信号δj(-)とのORをとり、そ
れを自己ユニットから1つ前の層の神経細胞ユニットへ
出力される誤差信号δj(-)とする。以上をまとめると、
(8)式に示すようになる。
Since one neuronal cell unit is excitatoryly coupled to another neuronal cell unit and the other neuronal cell unit is inhibitoryly coupled, an error signal δ obtained as shown in FIG. 19 is obtained. j (+) and the error signal δ obtained as shown in FIG.
The OR with j (+) is taken as the error signal δ j (+) output from the self unit to the nerve cell unit of the immediately preceding layer. Similarly, the error signal [delta] j determined as in FIG. 20 (-) and the error signal [delta] j determined as in FIG. 22 (-) takes the OR of, it of the previous layer from the self-unit nerves The error signal δ j (-) is output to the cell unit. To summarize the above,
It becomes as shown in the equation (8).

【0031】[0031]

【数5】 [Equation 5]

【0032】さらに、学習のレート(学習定数)に相当
する機能を設けてもよい。数値計算でレートが1以下の
とき、さらに学習能力が高まる。これはパルス列の演算
ではパルス列を間引くことによって実現できる。ここで
は、カウンタ的な考え方をし、図23、図24に示すよ
うなものとした。例えば、学習レートη=0.5では元
の信号のパルス列を1つ置きに間引くが、元の信号のパ
ルスが等間隔でなくても、元のパルス列に対して間引く
ことができる。図23,図24中、η=0.5の場合は
パルスを1つ置きに間引き、η=0.33の場合はパル
スを2つ置きに残し、η=0.67の場合はパルスを2
つ置きに1回間引くことを示す。このようにして、誤差
信号を間引くことにより学習レートの機能を持たせる。
Further, a function corresponding to the learning rate (learning constant) may be provided. When the rate is 1 or less in the numerical calculation, the learning ability is further enhanced. This can be realized by thinning out the pulse train in the pulse train calculation. Here, a counter-like idea is adopted, and the ones shown in FIGS. 23 and 24 are adopted. For example, at the learning rate η = 0.5, every other pulse train of the original signal is thinned out, but even if the pulses of the original signal are not evenly spaced, the original pulse train can be thinned out. 23 and 24, when η = 0.5, every other pulse is thinned out, when η = 0.33, every two pulses are left, and when η = 0.67, two pulses are left.
Indicates that every other thinning is performed once. In this way, the function of the learning rate is provided by thinning out the error signal.

【0033】c.誤差信号により各結合係数を変化させ
る方法 変化させたい結合係数が属しているライン(図12参
照)を流れる信号と誤差信号のANDをとる(δj
i)。ただし、本実施例では誤差信号には+,−の2
つの信号があるので、各々演算して図25、図26に示
すように求める。このようにして得られた2つの信号を
各々ΔTij(+),ΔTij(-)とする。
C. Method of changing each coupling coefficient by error signal The signal flowing through the line (see FIG. 12) to which the coupling coefficient to be changed belongs and the error signal are ANDed (δ j
y i ). However, in this embodiment, the error signal has two values of + and −.
Since there are two signals, each of them is calculated and obtained as shown in FIGS. The two signals thus obtained are designated as ΔT ij (+) and ΔT ij (-) , respectively.

【0034】ついで、今度はこのΔTijを基に新しいT
ijを求めるが、このTijは絶対値成分であるので、元の
ijが興奮性か抑制性かで場合分けする。興奮性の場
合、元のTijに対してΔTij(+)の成分を増やし、ΔT
ij(-)の成分を減らす。即ち、図27に示すようにな
る。逆に、抑制性の場合は元のTijに対しΔTij(+)
成分を減らし、ΔTij(-)の成分を増やす。即ち、図2
8に示すようになる。
Next, based on this ΔT ij , a new T
ij is obtained. Since this T ij is an absolute value component, it is classified depending on whether the original T ij is excitatory or inhibitory. In the case of excitability, the component of ΔT ij (+) is increased with respect to the original T ij , and ΔT
Reduce the components of ij (-) . That is, it becomes as shown in FIG. On the contrary, in the case of the suppressive property, the component of ΔT ij (+) is reduced and the component of ΔT ij (−) is increased with respect to the original T ij . That is, FIG.
As shown in 8.

【0035】以上、まとめると、(9)式のようになる。The above is summarized as in equation (9).

【0036】[0036]

【数6】 [Equation 6]

【0037】以上の学習則に基づいてネットワークの計
算をする。
The network is calculated based on the above learning rule.

【0038】次に、以上のアルゴリズムに基づく実際の
回路構成を説明する。図29及び図30にその回路構成
例を示すが、ネットワーク全体の構成は図12と同様で
ある。図29は図12中のライン(結線)に相当する部
分の回路を示し、図30は図12中の丸(各神経細胞ユ
ニット20)に相当する部分の回路を示す。これらの図
29及び図30ないし最終層における誤差信号を求める
回路を図12のようにネットワークにすることにより、
自己学習可能なデジタル式のニューラルネットワークが
実現できる。
Next, an actual circuit configuration based on the above algorithm will be described. 29 and 30 show examples of the circuit configuration, the configuration of the entire network is similar to that of FIG. FIG. 29 shows a circuit corresponding to a line (connection) in FIG. 12, and FIG. 30 shows a circuit corresponding to a circle (each nerve cell unit 20) in FIG. By forming the circuits for obtaining the error signals in FIGS. 29 and 30 or the final layer into a network as shown in FIG. 12,
A digital neural network capable of self-learning can be realized.

【0039】まず、図29から説明する。図中、25は
神経細胞ユニットへの入力信号であり、図13に相当す
る。図14に示したような結合係数の値はシフトレジス
タ26に保存しておく。このシフトレジスタ26は取出
し口26aと入口26bとを有するが、通常のシフトレ
ジスタと同様の機能を持つものであればよく、例えば、
RAMとアドレスコントローラとの組合せによるもの等
であってもよい。入力信号25とシフトレジスタ26内
の結合係数とはANDゲート27を備えて図15に示し
た処理を行なう論理回路28によりANDがとられる。
この論理回路28の出力は結合が興奮性か抑制性かによ
ってグループ分けしなければならないが、予め各々のグ
ループへの出力29,30を用意し、何れを出力するの
かを切換えるようにした方が汎用性の高いものとなる。
このため、ここでは結合が興奮性か抑制性かを表すビッ
トをグループ分け用メモリ31に保存しておき、その情
報を用いて切換えゲート回路32により切換える。切換
えゲート回路32は2つのANDゲート32a,32b
と一方の入力に介在されたインバータ32cとよりな
る。
First, FIG. 29 will be described. In the figure, 25 is an input signal to the nerve cell unit and corresponds to FIG. The value of the coupling coefficient as shown in FIG. 14 is stored in the shift register 26. The shift register 26 has an outlet 26a and an inlet 26b, but may be any one having the same function as a normal shift register, for example,
It may be a combination of a RAM and an address controller. The input signal 25 and the coupling coefficient in the shift register 26 are ANDed by a logic circuit 28 having an AND gate 27 and performing the processing shown in FIG.
The output of the logic circuit 28 must be divided into groups depending on whether the coupling is excitatory or inhibitory, but it is better to prepare the outputs 29 and 30 for each group in advance and switch which one is output. It is highly versatile.
Therefore, here, a bit indicating whether the coupling is excitatory or inhibitory is stored in the grouping memory 31, and the switching gate circuit 32 switches using the information. The switching gate circuit 32 includes two AND gates 32a and 32b.
And an inverter 32c interposed at one input.

【0040】また、図30に示すように各入力処理(図
16に相当)をする複数のORゲート構成のゲート回路
33a,33bが設けられている。さらに、同図に示す
ように図17に示した興奮性結合グループが「1」で、
抑制性結合グループが「0」のときにのみ出力「1」を
出すANDゲート34aとインバータ34bとによるゲ
ート回路34が設けられている。
Further, as shown in FIG. 30, gate circuits 33a and 33b having a plurality of OR gates for performing respective input processes (corresponding to FIG. 16) are provided. Furthermore, as shown in the figure, the excitatory coupling group shown in FIG. 17 is “1”,
A gate circuit 34 including an AND gate 34a and an inverter 34b that outputs an output "1" only when the inhibitory coupling group is "0" is provided.

【0041】次に、誤差信号について説明する。中間層
における誤差信号を計算するため図19〜図22に示し
たような処理は、図29中に示すANDゲート構成のゲ
ート回路42により行われ、+,−に応じた出力43,
44が得られる。このように結合が興奮性か抑制性かに
より場合分けする必要があるが、この場合分けはメモリ
31に記憶された興奮性か抑制性かの情報と、誤差信号
の+,−信号45,46とに応じて、AND,ORゲー
ト構成のゲート回路47により行われる。また、誤差信
号を集める計算式(8)は図30に示すORゲート構成の
ゲート回路48により行われる。さらに、学習レートに
相当する図23,図24の処理は図30中に示す分周回
路49により行われる。最後に、誤差信号より新たな結
合係数を計算する部分、即ち、図25〜図28の処理に
相当する部分は、図29中に示すAND,インバータ、
ORゲート構成のゲート回路50により行われ、シフト
レジスタ26の内容、即ち、結合係数の値が書換えられ
る。このゲート回路50も結合の興奮性、抑制性によっ
て場合分けが必要であるが、ゲート回路47により行わ
れる。
Next, the error signal will be described. The processing as shown in FIGS. 19 to 22 for calculating the error signal in the intermediate layer is performed by the gate circuit 42 having the AND gate structure shown in FIG.
44 is obtained. As described above, it is necessary to classify the connection depending on whether it is excitatory or inhibitory. In this case, the information on excitatory or inhibitory stored in the memory 31 and the +,-signals 45 and 46 of the error signal are used. The gate circuit 47 having AND and OR gate configurations is used. Further, the calculation formula (8) for collecting the error signals is performed by the gate circuit 48 having the OR gate structure shown in FIG. Further, the processing of FIGS. 23 and 24 corresponding to the learning rate is performed by the frequency dividing circuit 49 shown in FIG. Finally, the part for calculating a new coupling coefficient from the error signal, that is, the part corresponding to the processing of FIGS.
This is performed by the gate circuit 50 having the OR gate configuration, and the content of the shift register 26, that is, the value of the coupling coefficient is rewritten. This gate circuit 50 also needs to be classified depending on the excitability and inhibitory property of the coupling, but the gate circuit 47 performs this.

【0042】[0042]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ニューラルネットワークは、元来、並列処理を行うため
のものであり、従って、入力信号と出力信号とのデータ
も各々並列的なことが必要である。特に、前述した提案
例のようにパルス密度表現方式の信号を扱う場合、出力
側では各出力層のニューロン毎にカウンタを用意し、パ
ルス密度表現の信号をバイナリデータに変換しなくては
ならない。よって、出力層のニューロン数をN個とした
場合、カウンタもN個必要であり、このNの値が大きく
なるとディスクリートなデバイスで構成するのが物理的
に不可能となってしまう。
However, since such a neural network is originally for performing parallel processing, it is necessary that the data of the input signal and the data of the output signal are also parallel to each other. is there. In particular, in the case of handling the signal of the pulse density expression system as in the above-mentioned proposed example, it is necessary to prepare a counter for each neuron of each output layer on the output side and convert the signal of the pulse density expression into binary data. Therefore, when the number of neurons in the output layer is N, N counters are also required, and when the value of N becomes large, it becomes physically impossible to configure with a discrete device.

【0043】ちなみに、このような欠点を解決する方法
として、1データ分のパルスをラッチした後で1つのカ
ウンタのみでカウントするようにしたものがある。しか
し、このような方法によると、時系列処理するものであ
り、多大な処理時間を要するものとなってしまう。例え
ば、出力層のニューロン数をN、1データ中の最大パル
ス幅をpとすると、時系列処理することにより、並列処
理の場合に比してN・pだけ余計に時間がかかってしま
うものである。さらには、カウント処理中は出力演算を
停止させなければならないものでもある。結局、並列性
を維持できなくなってしまう。
Incidentally, as a method for solving such a drawback, there is a method in which a pulse for one data is latched and then only one counter counts. However, according to such a method, the time series processing is performed, and a great deal of processing time is required. For example, assuming that the number of neurons in the output layer is N and the maximum pulse width in one data is p, the time series processing causes an extra time of N · p as compared with the case of parallel processing. is there. Further, the output calculation must be stopped during the counting process. After all, parallelism cannot be maintained.

【0044】[0044]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、パルス密度表現の複数の入力信号に対して各々結合
係数を保持するメモリと、対応する各入力信号と結合係
数との論理演算を行う第1演算手段と、この第1演算手
段による演算結果を興奮性結合グループと抑制性結合グ
ループとに2分するグループ分け手段と、各々のグルー
プで論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論理
和演算手段の演算結果の論理演算を行う第2演算手段
と、複数の誤差信号の入力に基づき新たな結合係数を算
出して前記メモリ上の結合係数を変化させる結合係数可
変手段とを有する複数の信号処理手段を網状に接続して
信号処理回路網を形成した信号処理装置において、前記
信号処理回路網の最終出力段に前記信号処理手段の各出
力信号を時間的に展開して同時出力する2次元発光手段
とこの2次元発光手段に平面的に対応させた1次元受光
手段との対による出力カウンタを設けた。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a memory for holding a coupling coefficient for each of a plurality of input signals represented by a pulse density, and a logical operation between each corresponding input signal and the coupling coefficient. First computing means for performing, grouping means for dividing the computation result by the first computing means into an excitatory coupling group and an inhibitory coupling group, and a logical sum computing means for computing a logical sum in each group, Second arithmetic means for performing a logical operation of the arithmetic result of these logical sum arithmetic means, and coupling coefficient variable means for calculating a new coupling coefficient based on the input of a plurality of error signals to change the coupling coefficient on the memory. In a signal processing device in which a plurality of signal processing means having the above are connected to form a signal processing circuit network, each output signal of the signal processing means is temporally expanded to the final output stage of the signal processing circuit network. It provided the output counter by a pair of one-dimensional light receiving means planarly to correspond to the two-dimensional light-emitting device and the two-dimensional light emitting means for outputting simultaneously Te.

【0045】請求項2記載の発明では、2次元発光手段
の入力側に出力信号を誤差信号生成用と前記2次元発光
手段用とに分岐させる分岐手段を設けた。
According to the second aspect of the invention, branching means is provided on the input side of the two-dimensional light emitting means for branching the output signal into the error signal generating means and the two-dimensional light emitting means.

【0046】請求項3記載の発明では、1次元受光手段
の出力側にこの1次元受光手段からの出力信号をデジタ
ル信号に変換するA/D変換手段を設けた。
In the third aspect of the invention, the A / D conversion means for converting the output signal from the one-dimensional light receiving means into a digital signal is provided on the output side of the one-dimensional light receiving means.

【0047】さらに、請求項4記載の発明では、A/D
変換手段の出力側に任意の出力信号をデータバス上に転
送させる信号選択手段を設けた。
Further, in the invention of claim 4, the A / D
The output side of the converting means is provided with signal selecting means for transferring an arbitrary output signal onto the data bus.

【0048】[0048]

【作用】請求項1記載の発明によれば、出力カウンタが
2次元発光手段と1次元受光手段との対による光デバイ
ス構成とされているので、並列性を維持したまま多数の
出力信号データを高速でカウントして出力させることが
できる。また、構成が比較的簡単で済むため、電子デバ
イスによる場合に比して、より小さな専有面積で多数の
出力信号データを扱えるものとなる。さらには、出力カ
ウンタの1次元受光手段による出力は、デジタル信号を
アナログ信号に変換した状態のものとして得られるた
め、出力部分に新たなD/A変換装置を必要としないも
のでもある。
According to the first aspect of the present invention, since the output counter has an optical device configuration including a pair of the two-dimensional light emitting means and the one-dimensional light receiving means, a large number of output signal data can be output while maintaining parallelism. It can count and output at high speed. In addition, since the configuration is relatively simple, a large amount of output signal data can be handled with a smaller occupied area than in the case of using an electronic device. Furthermore, since the output from the one-dimensional light receiving means of the output counter is obtained as a digital signal converted into an analog signal, a new D / A converter is not required in the output portion.

【0049】また、請求項2記載の発明によれば、2次
元発光手段の前段において分岐手段により出力信号を誤
差信号生成用と2次元発光手段用とに分岐させるので、
請求項1記載の発明によるフォワード演算の機能を維持
しつつ、学習演算機能を発揮させることもできる。
According to the second aspect of the present invention, the output signal is branched by the branching means in the preceding stage of the two-dimensional light emitting means for error signal generation and two-dimensional light emitting means.
The learning calculation function can be exerted while maintaining the function of the forward calculation according to the invention of claim 1.

【0050】さらに、請求項3記載の発明によれば、1
次元受光手段による出力信号をデジタル信号に変換する
A/D変換手段を設けて、最終出力をデジタル信号とし
たので、より多くの信号処理に利用し得るものとなる。
Further, according to the invention of claim 3, 1
Since the A / D converting means for converting the output signal from the three-dimensional light receiving means into a digital signal is provided and the final output is a digital signal, it can be used for more signal processing.

【0051】また、請求項4記載の発明によれば、請求
項3記載の発明に加えて、任意の出力信号をデータバス
上に転送させる信号選択手段を設けたので、コンピュー
タなどの情報処理装置に出力データを取込むこともで
き、様々な処理が可能となる。
According to the invention described in claim 4, in addition to the invention described in claim 3, a signal selecting means for transferring an arbitrary output signal onto the data bus is provided, so that an information processing apparatus such as a computer is provided. Output data can also be taken in and various processing is possible.

【0052】[0052]

【実施例】請求項1記載の発明の一実施例を図1ないし
図4に基づいて説明する。なお、パルス密度表現の信号
を扱うデジタル方式の信号処理回路網(ニューラルネッ
トワーク)の構成・作用の基本は、図11ないし図30
で示した提案例によるものに準ずるものとする。本実施
例は、ネットワークの最終出力段に関するものであり、
回路基板51上には前述した提案例のようなニューロ演
算を実行する集積回路52が搭載されている。また、前
記回路基板51上には前記集積回路52から伝送線53
を通して出力されるニューラルネット演算結果なる出力
パルスが入力される出力カウンタ54が搭載されてい
る。この出力カウンタ54は光デバイスによるものであ
り、入力側に設けた2次元発光手段としてのLEDマト
リクスアレイ55と、出力側に設けた1次元受光手段と
してのPDアレイ56とを密接状態で平面的に対向積層
させた対により構成されている。前記PDアレイ56か
らは出力伝送線57が引出されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The basics of the configuration and operation of a digital signal processing circuit network (neural network) that handles signals of pulse density expression are shown in FIGS.
It is based on the proposal example shown in. This embodiment relates to the final output stage of the network,
On the circuit board 51, the integrated circuit 52 that executes the neuro operation as in the above-described proposed example is mounted. In addition, the integrated circuit 52 and the transmission line 53 are provided on the circuit board 51.
An output counter 54 to which an output pulse, which is a result of the neural network operation output through the input, is input is mounted. This output counter 54 is based on an optical device, and has an LED matrix array 55 provided as a two-dimensional light emitting means provided on the input side and a PD array 56 provided as a one-dimensional light receiving means provided on the output side in a closely contacting plane. Are opposed to each other and are laminated. An output transmission line 57 extends from the PD array 56.

【0053】このような構成において、本発明のニュー
ラルネットワークは、提案例のようにパルス密度表現の
信号についてビット論理演算を行うものとする。従っ
て、前記伝送線53上を伝達される信号もパルス密度表
現による信号となる。また、信号は伝送線53が複数本
ある場合でも並列に伝送されてくるものである。ここ
に、本実施例では、伝送線53の数、即ち出力層のニュ
ーロン数を100とする。また、パルス密度表現におい
て最大パルス数を100とし、100本の伝送線53で
は例えば図2に示すようなパルス信号が伝送されるもの
とする。即ち、クロックCLKのパルス100回中にお
けるパルス数でデータを表現するものである。
In such a configuration, the neural network of the present invention performs bit logic operation on the signal of pulse density expression as in the proposed example. Therefore, the signal transmitted on the transmission line 53 is also a signal represented by pulse density. Further, the signal is transmitted in parallel even when there are a plurality of transmission lines 53. In this embodiment, the number of transmission lines 53, that is, the number of neurons in the output layer is 100. Further, it is assumed that the maximum number of pulses in the pulse density expression is 100, and a pulse signal as shown in FIG. 2 is transmitted through 100 transmission lines 53, for example. That is, the data is expressed by the number of pulses in 100 pulses of the clock CLK.

【0054】LEDマトリクスアレイ55はこのような
信号を空間的な光信号に変換するものであり、例えば図
3に示すように100行100列=1万個のLED58
により構成されている。ここに、LEDマトリクスアレ
イ55の各行は各出力層ニューロンに個別に割当てら
れ、各々の列方向に時間が割当てられている。図3は例
えば図2に示したようなパルス列信号を100行100
列=1万個のLED58に割当てて空間的な光信号に変
換させる様子を示すもので、斜線を施して示すLED5
8部分がパルスがオン(Hレベル)に相当する点灯状態
を示す。このようなLED駆動方法はどのような方法で
も構わないが、最低でも、1データの入力が完了した時
点で必要なLED58を点灯させなくてはならない。こ
のような駆動方式としてマトリクス駆動方式がある。
The LED matrix array 55 is for converting such a signal into a spatial optical signal. For example, as shown in FIG. 3, 100 rows and 100 columns = 10,000 LEDs 58.
It is composed by. Here, each row of the LED matrix array 55 is individually assigned to each output layer neuron, and time is assigned to each column direction. FIG. 3 shows a pulse train signal as shown in FIG.
Row = 10,000 LEDs 58 are assigned and converted into a spatial optical signal.
Eight portions show a lighting state in which the pulse is on (H level). Although any LED driving method may be used, at least the required LED 58 must be turned on when one data input is completed. As such a driving method, there is a matrix driving method.

【0055】このようなLEDマトリクスアレイ55か
らの空間的な光信号を受光するPDアレイ56は、図4
に示すように行方向には分割されておらず各ニューロン
対応に短冊形状に分割形成された例えば100個の光検
出素子(PD)59により構成されている。ここに、発
光側が2次元であるのに対して受光側が1次元とされ
て、次元が下がっているのは、LEDマトリクスアレイ
55から得られるパルス密度表現の信号をバイナリデー
タに変換するためである。つまり、短冊形状に形成され
た各光検出素子59は、その出力値と入力光強度との関
係が線形に変化する部分を利用することにより、パルス
数を数えるカウンタの役目(即ち、行方向に点灯してい
るLED58の光強度の和をとる)を果たしている。よ
って、PDアレイ56からはニューラルネットワークに
よる演算出力信号が、アナログ信号の状態で得られるこ
とになる。
The PD array 56 which receives the spatial light signal from the LED matrix array 55 is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, it is composed of, for example, 100 photodetector elements (PD) 59 which are not divided in the row direction but are formed in a strip shape corresponding to each neuron. Here, the light-emitting side is two-dimensional, but the light-receiving side is one-dimensional, and the dimension is reduced because the signal of the pulse density expression obtained from the LED matrix array 55 is converted into binary data. .. That is, each photodetecting element 59 formed in a strip shape serves as a counter that counts the number of pulses (that is, in the row direction) by utilizing the portion where the relationship between the output value and the input light intensity changes linearly. The sum of the light intensities of the LEDs 58 that are lit is obtained). Therefore, the operation output signal by the neural network is obtained from the PD array 56 in the state of an analog signal.

【0056】このように、本実施例によれば、出力カウ
ンタ54が光デバイス構成とされているので、並列性を
維持したまま多数の出力信号データを高速でカウントし
て出力させることができる。また、構成が比較的簡単で
済むため、電子デバイスによる場合に比して、より小さ
な専有面積で多数の出力信号データを扱えるものとな
る。さらには、出力カウンタ54中のPDアレイ56に
よる出力は、デジタル信号をアナログ信号に変換した状
態のものとして得られるため、出力部分に新たなD/A
変換装置を必要としない。
As described above, according to the present embodiment, since the output counter 54 has an optical device configuration, it is possible to count and output a large number of output signal data at high speed while maintaining parallelism. In addition, since the configuration is relatively simple, a large amount of output signal data can be handled with a smaller occupied area than in the case of using an electronic device. Furthermore, since the output from the PD array 56 in the output counter 54 is obtained as a digital signal converted into an analog signal, a new D / A is added to the output portion.
No conversion device required.

【0057】なお、LEDマトリクスアレイ55とPD
アレイ56とは図示例のように必ずしも密接させなくて
もよく、間に集光レンズ等の光学素子を介在させてもよ
い。要は、平面的に見て対応する配置関係とされていれ
ばよい。また、1次元受光手段に関しては、構造的にL
EDマトリクスアレイ55のように2次元的なものであ
ってもよく、要は、結果を1次元的に扱えるものであれ
ばよく、CCD等を利用してもよい。
The LED matrix array 55 and the PD
The array 56 does not necessarily have to be in close contact with the array 56 as illustrated, and an optical element such as a condenser lens may be interposed therebetween. In short, it is only necessary that they have a corresponding layout relationship when viewed two-dimensionally. The one-dimensional light receiving means is structurally L
It may be a two-dimensional one such as the ED matrix array 55, and the point is that the result can be handled one-dimensionally, and a CCD or the like may be used.

【0058】つづいて、請求項2記載の発明の一実施例
を図5により説明する。前記実施例で示した部分と同一
部分は同一符号を用いて示す(以下の実施例でも同様と
する)。本実施例は、集積回路52を外部から出力層出
力と教師信号との比較信号が入力されるものとし、伝送
線53上に集積回路52からの出力信号を2系統に分岐
させる端子構成などによる分岐手段60を設けたもので
ある。この分岐手段60は前記集積回路52からの出力
信号を前記実施例のようにLEDマトリクスアレイ55
用の信号として出力させる一方、パルス密度伝送線61
を通して出力‐教師信号比較装置62に誤差信号生成用
として伝送させ、この出力‐教師信号比較装置62から
比較信号伝送線63を通して前記集積回路52に出力さ
せるものである。
Next, an embodiment of the invention described in claim 2 will be described with reference to FIG. The same parts as those shown in the above-mentioned embodiments are designated by the same reference numerals (the same applies to the following embodiments). In this embodiment, it is assumed that the integrated circuit 52 receives an output layer output and a comparison signal of the teacher signal from the outside, and the output signal from the integrated circuit 52 is branched on the transmission line 53 into two systems. The branching means 60 is provided. The branching means 60 outputs the output signal from the integrated circuit 52 to the LED matrix array 55 as in the above embodiment.
While outputting as a signal for the pulse density transmission line 61
Is transmitted to the output-teacher signal comparison device 62 for error signal generation, and is output from the output-teacher signal comparison device 62 to the integrated circuit 52 through the comparison signal transmission line 63.

【0059】このような構成において、ニューロ演算を
行う集積回路52からの出力信号は、分岐手段60によ
りLEDマトリクスアレイ55用信号と出力‐教師信号
比較装置62用信号とに分岐される。これを受けて、L
EDマトリクスアレイ55側では前記実施例と同様に処
理されて出力信号が得られる。一方、出力‐教師信号比
較装置62ではそのアルゴリズムに基づき比較信号を生
成し、集積回路52に出力する。
In such a structure, the output signal from the integrated circuit 52 for performing the neuro operation is branched by the branching means 60 into the signal for the LED matrix array 55 and the signal for the output-teacher signal comparing device 62. In response to this, L
On the ED matrix array 55 side, the same processing as in the above-described embodiment is performed and an output signal is obtained. On the other hand, the output-teacher signal comparison device 62 generates a comparison signal based on the algorithm and outputs it to the integrated circuit 52.

【0060】よって、本実施例によれば、前記実施例と
同様なフォワード演算の機能を維持しつつ、学習演算機
能を発揮させることもできる。
Therefore, according to the present embodiment, the learning operation function can be exerted while maintaining the same forward operation function as in the above embodiments.

【0061】さらに、請求項3記載の発明の一実施例を
図6により説明する。本実施例は、出力カウンタ54の
出力側、従って、PDアレイ56の出力側に各光検出素
子59毎にその出力信号(アナログ信号)をデジタル信
号に変換するA/D変換手段64を設けたものである。
なお、これらのA/D変換手段64の入力側には各光検
出素子59からの出力を増幅してこのA/D変換手段6
4に与えるためのアナログ駆動回路部65が設けられて
いる。
Further, an embodiment of the invention described in claim 3 will be described with reference to FIG. In this embodiment, the output side of the output counter 54, that is, the output side of the PD array 56 is provided with A / D conversion means 64 for converting the output signal (analog signal) of each photodetection element 59 into a digital signal. It is a thing.
It should be noted that the A / D conversion means 64 has an input side which amplifies the output from each photodetection element 59 to obtain the A / D conversion means 6.
4 is provided with an analog drive circuit section 65.

【0062】このような構成において、各光検出素子5
9からの出力信号はアナログ駆動回路部65で増幅され
て対応するA/D変換手段64に入力され、デジタル信
号に変換されて出力伝送線57を通して外部に出力され
る。この時、A/D変換手段64のビット数は最大パル
ス数よりも大きな値に設定されている。
In such a configuration, each photodetector element 5
The output signal from 9 is amplified by the analog drive circuit section 65, input to the corresponding A / D conversion means 64, converted into a digital signal, and output to the outside through the output transmission line 57. At this time, the bit number of the A / D conversion means 64 is set to a value larger than the maximum pulse number.

【0063】よって、本実施例によれば、最終出力がデ
ジタル信号となるので、より多くの信号処理に利用し得
るものとなる。
Therefore, according to this embodiment, since the final output is a digital signal, it can be used for more signal processing.

【0064】なお、最終出力としてアナログ信号も得た
い場合には、A/D変換手段64よりも前段に分岐手段
を設け、A/D変換手段64を通さない信号も得られる
ようにすればよい。
If an analog signal is desired to be obtained as the final output, branching means may be provided in front of the A / D converting means 64 so that a signal not passing through the A / D converting means 64 can be obtained. ..

【0065】さらに、請求項4記載の発明の一実施例を
図7により説明する。本実施例は、前記実施例の構成に
加え、信号選択手段としてセレクタ66を設けて複数の
A/D変換手段64の出力について何れか一つを選択し
得るようにしたものである。セレクタ66により選択さ
れた信号は回路基板51外部に位置するデータバス67
上に送出され、このデータバス67を介してコンピュー
タ等に対して出力させる構成とされている。
Further, an embodiment of the invention described in claim 4 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, in addition to the configuration of the above-described embodiment, a selector 66 is provided as a signal selection means so that any one of the outputs of the plurality of A / D conversion means 64 can be selected. The signal selected by the selector 66 is the data bus 67 located outside the circuit board 51.
The data is sent to the upper side and output to a computer or the like via the data bus 67.

【0066】このような構成において、各A/D変換手
段64でデジタル信号に変換されてホールドされている
出力信号は、セレクタ66により何れか一つのみが選択
されてデータバス67上に送出される。そして、このデ
ータバス67上を伝送された信号はコンピュータ等に取
込まれる。よって、本実施例によれば、コンピュータな
どの情報処理装置に出力データを取込むこともでき、様
々な処理が可能となる。
In such a configuration, only one of the output signals converted into a digital signal and held by each A / D conversion means 64 is selected by the selector 66 and sent to the data bus 67. It The signal transmitted on the data bus 67 is taken into a computer or the like. Therefore, according to the present embodiment, the output data can be taken in the information processing device such as a computer and various processings can be performed.

【0067】[0067]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、出力カウ
ンタを2次元発光手段と1次元受光手段との対による光
デバイス構成としたので、信号処理回路網による並列性
を維持したまま多数の出力信号データを高速でカウント
して出力させることができ、また、構成が比較的簡単で
済むため、電子デバイスによる場合に比して、より小さ
な専有面積で多数の出力信号データを扱えるものとな
り、さらには、出力カウンタの1次元受光手段による出
力は、デジタル信号をアナログ信号に変換した状態のも
のとして得られるため、出力部分に新たなD/A変換装
置を必要としないものともなる。
According to the first aspect of the present invention, the output counter has the optical device structure including the pair of the two-dimensional light emitting means and the one-dimensional light receiving means. Therefore, many output counters are maintained while maintaining parallelism by the signal processing network. Output signal data can be counted and output at high speed, and because the configuration is relatively simple, it is possible to handle a large number of output signal data with a smaller occupied area compared to the case of using an electronic device. Furthermore, since the output from the one-dimensional light receiving means of the output counter is obtained as a state in which a digital signal is converted into an analog signal, a new D / A conversion device is not required in the output portion.

【0068】また、請求項2記載の発明によれば、2次
元発光手段の前段において分岐手段を設けて出力信号を
誤差信号生成用と2次元発光手段用とに分岐させるよう
にしたので、請求項1記載の発明によるフォワード演算
の機能を維持しつつ、学習演算機能を発揮させることも
できる。
According to the second aspect of the invention, the branching means is provided in the preceding stage of the two-dimensional light emitting means so that the output signal is branched into the error signal generating and the two-dimensional light emitting means. The learning calculation function can be exerted while maintaining the function of the forward calculation according to the invention described in Item 1.

【0069】さらに、請求項3記載の発明によれば、1
次元受光手段による出力信号をデジタル信号に変換する
A/D変換手段を設けて、最終出力をデジタル信号とし
たので、より多くの信号処理に利用し得るものとなる。
Further, according to the invention of claim 3, 1
Since the A / D converting means for converting the output signal from the three-dimensional light receiving means into a digital signal is provided and the final output is a digital signal, it can be used for more signal processing.

【0070】また、請求項4記載の発明によれば、請求
項3記載の発明に加えて、任意の出力信号をデータバス
上に転送させる信号選択手段を設けたので、コンピュー
タなどの情報処理装置に出力データを取込むこともで
き、様々な処理が可能となる。
According to the invention of claim 4, in addition to the invention of claim 3, a signal selecting means for transferring an arbitrary output signal onto the data bus is provided, so that an information processing apparatus such as a computer is provided. Output data can also be taken in and various processing is possible.

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

【図1】請求項1記載の発明の一実施例を示す概略斜視
図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of the invention described in claim 1.

【図2】パルス密度表現の信号を示すタイミングチャー
トである。
FIG. 2 is a timing chart showing a pulse density signal.

【図3】LEDマトリクスアレイ構成例を模式的に示す
平面図である。
FIG. 3 is a plan view schematically showing a configuration example of an LED matrix array.

【図4】PDアレイ構成例を模式的に示す平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view schematically showing a PD array configuration example.

【図5】請求項2記載の発明の一実施例を示す概略平面
図である。
FIG. 5 is a schematic plan view showing an embodiment of the invention described in claim 2.

【図6】請求項3記載の発明の一実施例を示す概略平面
図である。
FIG. 6 is a schematic plan view showing an embodiment of the invention as set forth in claim 3;

【図7】請求項4記載の発明の一実施例を示す概略平面
図である。
FIG. 7 is a schematic plan view showing an embodiment of the invention as set forth in claim 4;

【図8】従来例を示す1つのユニット構成を示す概念図
である。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing one unit configuration showing a conventional example.

【図9】そのニューラルネットワーク構成の概念図であ
る。
FIG. 9 is a conceptual diagram of the neural network configuration.

【図10】シグモイド関数を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a sigmoid function.

【図11】既提案例における基本的な信号処理を行なう
ための論理回路図である。
FIG. 11 is a logic circuit diagram for performing basic signal processing in the already proposed example.

【図12】ネットワーク構成例を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing a network configuration example.

【図13】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 13 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図14】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 14 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図15】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 15 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図16】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 16 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図17】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 17 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図18】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 18 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図19】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 19 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図20】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 20 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図21】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 21 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図22】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 22 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図23】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 23 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図24】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 24 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図25】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 25 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図26】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 26 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図27】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 27 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図28】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 28 is a timing chart showing an example of logical operation.

【図29】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 29 is a logic circuit diagram showing a configuration example of each unit.

【図30】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 30 is a logic circuit diagram showing a configuration example of each unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 信号処理手段 25 入力信号 26 メモリ 27 第1演算手段 32 グループ分け手段 33 論理和演算手段 34 第2演算手段 50 結合係数可変手段 54 出力カウンタ 55 2次元発光手段 56 1次元受光手段 60 分岐手段 64 A/D変換手段 66 信号選択手段 67 データバス 20 signal processing means 25 input signal 26 memory 27 first operation means 32 grouping means 33 logical sum operation means 34 second operation means 50 coupling coefficient changing means 54 output counter 55 two-dimensional light emitting means 56 one-dimensional light receiving means 60 branching means 64 A / D conversion means 66 Signal selection means 67 Data bus

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パルス密度表現の複数の入力信号に対し
て各々結合係数を保持するメモリと、対応する各入力信
号と結合係数との論理演算を行う第1演算手段と、この
第1演算手段による演算結果を興奮性結合グループと抑
制性結合グループとに2分するグループ分け手段と、各
々のグループで論理和を演算する論理和演算手段と、こ
れらの論理和演算手段の演算結果の論理演算を行う第2
演算手段と、複数の誤差信号の入力に基づき新たな結合
係数を算出して前記メモリ上の結合係数を変化させる結
合係数可変手段とを有する複数の信号処理手段を網状に
接続して信号処理回路網を形成した信号処理装置におい
て、前記信号処理回路網の最終出力段に前記信号処理手
段の各出力信号を時間的に展開して同時出力する2次元
発光手段とこの2次元発光手段に平面的に対応させた1
次元受光手段との対による出力カウンタを設けたことを
特徴とする信号処理装置。
1. A memory for holding a coupling coefficient for each of a plurality of input signals expressed in pulse density, a first arithmetic means for performing a logical operation between the corresponding input signal and the coupling coefficient, and the first arithmetic means. Grouping means for halving the result of the calculation by the excitatory coupling group and the inhibitory coupling group, a logical sum computing means for computing the logical sum in each group, and a logical computation of the computational results of these logical sum computing means Do the second
A signal processing circuit in which a plurality of signal processing means, each having a computing means and a coupling coefficient varying means for calculating a new coupling coefficient based on the input of a plurality of error signals to change the coupling coefficient on the memory, are connected in a mesh form. In a signal processing device having a net formed therein, a two-dimensional light emitting means for temporally expanding and simultaneously outputting each output signal of the signal processing means to a final output stage of the signal processing circuit network, and a plane for the two-dimensional light emitting means. Corresponding to 1
A signal processing apparatus comprising an output counter provided as a pair with a three-dimensional light receiving means.
【請求項2】 2次元発光手段の入力側に出力信号を誤
差信号生成用と前記2次元発光手段用とに分岐させる分
岐手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の信号処
理装置。
2. The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising branching means provided on the input side of the two-dimensional light emitting means for branching an output signal into an error signal generating means and a two-dimensional light emitting means.
【請求項3】 1次元受光手段の出力側にこの1次元受
光手段からの出力信号をデジタル信号に変換するA/D
変換手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載
の信号処理装置。
3. An A / D for converting an output signal from the one-dimensional light receiving means into a digital signal on an output side of the one-dimensional light receiving means.
The signal processing device according to claim 1 or 2, further comprising conversion means.
【請求項4】 A/D変換手段の出力側に任意の出力信
号をデータバス上に転送させる信号選択手段を設けたこ
とを特徴とする請求項3記載の信号処理装置。
4. A signal processing apparatus according to claim 3, wherein signal output means for transferring an arbitrary output signal to the data bus is provided on the output side of the A / D conversion means.
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