JPH0769928B2 - アナログ処理システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明はマイクロコンピュータなどのデジタル処理シス
テムの処理能力を高めるために該システムに接続するこ
とのできるアナログ処理システムに関する。

関連出願 本願は本発明者が1986年11月20日に出願した米国特許出
願第933,165号の一部継続出願である。

発明の背景 従来のデータ処理システムにあっては、データは所定の
プログラムによって処理される。したがって、該データ
処理の結果は、複雑で予測が困難なものであるにせよ、
常に可能である。これはデータ処理システムがデータ処
理に一つまたはそれ以上の固定されたアルゴリズムを使
用する結果生じるのである。

本発明者が米国特許出願第933,165号で述べたように、
本発明の方法と装置は特に人工頭脳システムに使用する
ためのものであり、そこに列挙した先行技術文献は引用
によって本明細書の一部とする。

発明の概要 本発明の要旨は、デジタル計算システムと、電気情報を
アナログ型情報に変換する手段を含むアナログ処理装置
と、そのアナログ情報エネルギーに応答して出力電気情
報を発生する手段とからなる情報処理システムを提供す
るにある。デジタル・アナログ変換器（D/A変換器）は
デジタル計算システムの出力データをアナログ処理シス
テムに出力し、アナログ・デジタル変換器（A/D変換
器）は出力電気情報をデジタル計算システムに出力す
る。

データの改変にアナログ装置を用いることにより、デー
タは完全には予測可能でない形、または少なくとも容易
には予測できない形に変換される。このように、本発明
において、この装置に加えられる情報は既知である。こ
の装置は、その情報と装置についての知識から恐らくは
決定可能であろうけれども、当該データを用いてコンピ
ュータ・プログラムにより作り出すことが容易でないよ
うな可変性を当該情報に導入する。本発明のシステム
は、したがって、コンピュータが所与の問題を解決する
のに十分な情報をその記憶バンクに含んでいない場合
に、アナログ領域は記憶情報に可変性を導入することが
できるので、有用である。したがって、もし記憶データ
要件に合致しないために直接処理することのできない入
力データを受取った場合、処理・学習することのできる
処理可能なデータを生成するような摂動を入力データに
導入することができる。

アナログ処理システムないしアナログ領域は、通常のデ
ジタル・アナログおよびアナログ・デジタル変換装置を
介してマイクロコンピュータ・システムに接続すること
ができ、マイクロコンピュータには通常のI/O装置およ
びメモリが具備される。入力装置はたとえば臭覚、味
覚、視覚、データおよび音声入力装置を含む各種のセン
サー装置を含むことができ、出力装置は視覚、データお
よび音声出力装置を含むことができる。メモリは必要な
処理に用いるメモリ・バンク、たとえば言語バンク、数
字バンク、歴史バンクなどを含むことができる。

アナログ領域は信号プロセッサを含み、マイクロコンピ
ュータから情報ないしデータを受取り、情報ないしデー
タをマイクロコンピュータに送り返す。アナログ領域は
マイクロコンピュータに返すデータの改変を行なうが、
いうまでもなくこの改変の種類は使用するアナログ領域
の種類によって決定される。

たとえば、学習プロセスでは、データがアナログ領域に
加えられる。このアナログ領域は、データならびにアナ
ログ領域そのものに応じたやり方で、データに反応し
て、変更されたデータを送り返す。すなわち、「誤っ
た」データと考えられる或る種のデータが装置に加えら
れると、装置は、その伝達関数に従って、誤入力に反応
して、入力データが誤りであることをマイクロコンピュ
ータに指示する出力データを発生する。マイクロプロセ
ッサのプログラムは、装置に対し、たとえば特定のプロ
グラムに従って、他のデータを指示しなければならず、
装置が「正しい」データが入力されたことを示すような
応答をみせるまで、これを行わなければならない。

したがって、本発明の主たる思想は、デジタル・コンピ
ュータから受取るデータを処理するための例えば上記の
種類のアナログ装置を用いて、当該情報に可変性ないし
は摂動を導入し、それにより、コンピュータがその変更
された情報を用いることによって、予め設定されたプロ
グラムを用いるだけでは達成することのできない解決を
可能とすることにある。

図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照して本発明を更に詳しく説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例としてアナログ・プロセッ
サを用いたマイクロコンピュータ・システムのブロック
図であり、 第２図は、本発明におけるアナログ・プロセッサのブロ
ック図であり、 第３図は、本発明による一つのプロセスを示すフロー・
チャートであり、 第４図は、第３図のプロセスの変更例を示すフロー・チ
ャートであり、 第５図は、本発明による他のプロセスを示すフロー・チ
ャートであり、 第６図は、本発明による更に他のプロセスのフロー・チ
ャートであり、 第７図は、音声入力システムのための本発明によるプロ
セスのフロー・チャートであり、 第８図は、第７図のプロセスの変更例を示す図であり、 第９図は、本発明における化学アナログ領域を示す図で
あり、 第10図は、第９図のアナログ領域の変更例を示す図であ
り、 第11図は、アーク燈を用いた本発明におけるアナログ領
域を示す図であり、 第12図は、第11図のアナログ領域の変更例を示す図であ
り、 第13図は、光伝導体を用いた本発明におけるアナログ領
域を示し、 第14図は、シリコン・シエルを用いたアナログ領域を示
し、 第15図は、熱電対を用いたアナログ領域を示す。

発明の詳細な説明 第１図は、本発明の方法と装置を含むことのできるシス
テムの全体を示す。公知のマイクロコンピュータ20は、
公知のとおり、プログラム・メモリ21、データ・メモリ
22およびキーボード入力装置23を含む。さらに、発明の
具体的な応用に応じて、該マイクロコンピュータには他
の入力／出力装置を加えることができる。たとえば、視
覚入力装置28として一つ以上のCCDなどの視覚センサ
ー、超音波検出器などの音響入力装置24、音声入力装置
25、スクリーンなどの視覚出力装置26、ならびに音響出
力装置27などである。さらに、本発明では、マイクロコ
ンピュータ20は以下に詳述するようにアナログ・プロセ
ッサ30に接続される。

もちろん、本発明では他の官能入力装置、たとえば触覚
センサー装置、味覚センサー装置、嗅覚センサー装置、
抵抗センサー装置、テキスト入力装置などを使用するこ
とができる。

本発明におけるアナログ・プロセッサ30の概略を第２図
に示す。この配置においては、マイクロコンピュータの
出力ポート31から得られるデジタル信号出力は公知のD/
A変換器32においてアナログ型に変換され、このアナロ
グ信号は「アナログ領域」34に接続された変換器33に加
えられる。この領域はアナログ信号に対して作用する領
域または装置を構成し、その実施例はのちに詳述する。
このアナログ領域のアナログ出力は変換器35によって与
えられ、A/D変換器36に加えられ、さらにマイクロコン
ピュータのデジタル・ポート37に入力される。アナログ
領域は不可欠ではないが望ましくは外部影響38下におか
れる。

アナログ領域34は所定の態様で加えられたアナログ信号
に影響を与えるが、その態様はランダムでも擬似ランダ
ムでも、或いは一つ以上のアルゴリズムによるものでも
よく、かくしてポート37に加えられた信号はポート31か
ら得られる信号出力を改変したものとなる。

第３図はアナログ・プロセッサを用いた本発明の一実施
例による処理の概略フロー・チャートである。このプロ
セスは、何らかの理由で入力データがマイクロコンピュ
ータに記憶されたデータと合致しないためにマイクロコ
ンピュータが容易にデータを処理できないときに生じる
処理プログラムの解決を目的としている。たとえば、こ
うしたことはあり得るべきすべての入力条件を記憶する
ことができなかった認識システムにおいて、或いは入力
条件に予測不能な変化を生じたためにデータの処理が困
難または不可能となるような場合に生じることがある。

第３図に示すように、デジタル型の、或いはデジタル型
に変換された入力データ40は、ブロック41において、処
理または認識可能なデータであるか否かについて検定を
受ける。もし否であると、ブロック42でアナログ型に変
換され、ブロック43で本発明のアナログ・プロセッサに
よってアナログの状態で処理され、ブロック44でデジタ
ル・データに再変換される。変更されたデータは更にブ
ロック45でデジタル・システムによる認識または処理が
可能であるか否かの検定を受ける。もし否であると、変
更データは再びD/A変換器に加えられて、更なる改変を
受ける。もし未改変データや改変されたデータがデジタ
ル・システムによる処理に適するとして承認された場合
は、それぞれブロック46、47で記憶プログラム通りに正
規に処理される。

さらにいま一つの特徴によると、もし改変後のデータが
処理可能として承認され得るなら、かかる改変以前の入
力データをブロック48でデータベースに加えることがで
き、かくして、アナログ処理なしに当該データが承認さ
れうることをシステムは学習する。

第３図は、さらに、アナログ・プロセッサに追加的な入
力装置またはシステム49を設けることによって、アナロ
グ装置の伝達関数をランダムにまたは決定可能な状態で
制御するようにした場合を示す。

第３図に示すプロセスの一部に変更を加えたものが第４
図のそれであり、ここでは未改変データが初めにブロッ
ク50に記憶され、改変されたデータが処理に適さない場
合、システムは未改変の記憶データを再処理するようブ
ロック51によって制御される。勿論このプロセスは、ア
ナログ処理の伝達関数がランダムであるか、或いは時間
の関数としての他の態様での変化であるという仮定を前
提としたものである。

当該プロセスのさらにいま一つの変更例を第５図に示
す。ここではブロック55で入力データがデータベースと
比較され、比較の結果として必要な場合ブロック56でデ
ータベースを改変することができるようになっている。

第６図は本発明によるプロセスの他の例を示す。ここで
は入力データ60が直接D/A変換器61に加えられるか、改
変または未改変の状態でマイクロコンピュータを介して
同変換器61に加えられて、アナログ・プロセッサ62によ
る処理を受ける。改変されたアナログ・データはブロッ
ク63でデジタル化され、システム出力となる。この実施
例ではアナログ・プロセッサの伝達関数は既知であるか
再現可能である。したがってその出力は入力データの脱
暗号可能な暗号である。

第７図は、例えば、第３図を引用して説明したプロセス
の更に具体的な実施態様を示す。本実施例のシステムは
入力音声信号を認識し、あるいは入力音声信号を他の型
たとえばASCIIコードに翻訳する。ここで当該システム
のプログラム及びデータベースは特定個人の声の具体的
な周波数特性を認識するように用意されてブロック70に
入力されている。入力音声信号はブロック71で公知の手
段によりその周波数成分を表すデジタル信号に変換さ
れ、ブロック72ではこれらの周波数成分は記憶されてい
る前記特定個人の発声音、音節などの周波数成分と比較
される。もし入力信号の周波数成分が記憶データの周波
数成分とマッチした場合、ブロック73でプログラムは正
規に実行されてその個人を認識するか或いは信号処理を
して再び入力待ちの状態に復帰する。

しかしながら場合によって個人の声の一部の周波数成分
が病気や歯列の変化などによって変化することがある。
そうした場合データベースに記憶された周波数データは
入力信号の周波数データと十分マッチしないで認識が成
立しないか、或いは入力信号の翻訳が成立しないことが
ある。その場合、それらの周波数成分に対応する信号は
ブロック42でアナログ化され、ブロック43でアナログ領
域において処理を受け、ブロック44で再びデジタル化さ
れる。これらの再変換された信号はブロック72でデータ
ベースと比較され、上述の手順がくり返される。

所望により、所与の信号に対して加えられる改変の回数
をブロック75で計数して、改変が所定回数に達したとき
ブロック76でそれ以上同じ信号の処理を拒否するように
構成してもよい。

アナログ領域によって導入された周波数成分信号に対す
る改変は、たとえば第８図に示すようにランダムであっ
てもよい。すなわち、ランダムに周波数成分を発生する
ランダム周波数発生器80の出力をブロック81でアナログ
化してアナログ領域に変数を導入し、アナログ領域から
出力される音声信号の周波数成分にランダムな影響を与
える。

本発明のシステムはこのように、デジタル処理機器だけ
で信号を処理する場合には不可能であるか或いは容易で
ない信号処理を可能とするために、データの予測可能な
或いは所望により予測不能の改変を行なうことを可能と
する。それによって得られる、統計法則に従う信号摂動
は、固定されたデジタル処理プログラムでは達成するこ
との困難な結果を容易に達成することを可能にする。

第９〜15図は本発明に使用することのできるアナログ領
域の幾つかの実施態様を単純化して示したものである。

第９図に示す本発明の一実施例によると、化学溶液91を
満たした容器90は入力アナログ電圧を受けるように接続
された入力電極93、アナログ出力に接続された出力電極
94、ならびに基準電極95を備えている。化学溶液の諸性
質は電極93における電圧や、温度、光などの外部影響な
ど、様々な因子によって変化し、これにより電圧を電極
94に接続する。

第10図は第９図の実施例の一変更例であるが、ここでは
容器90に沃化カリウム／沃素溶液が充たしてあり、アナ
ログ入力電圧は隔置された対電極100、101間に印加され
る。アナログ出力は、それぞれ例えば銀と白金からなる
隔置対電極102、103から得られる。所望により、電極10
2、103を溶液中において矢印104が示すように移動可能
に構成したり、或いは類似の対電極を溶液中の多くの場
所に設けることにより、溶液中での電極の各種位置に対
応したさまざまの出力をそれぞれ得るようにしてもよ
い。

第11図に示すアナログ領域の実施例では、出力端をアー
ク燈111の電源として配線した電圧倍率器110、たとえば
パワー・アンプの電圧をアナログ入力を用いて制御して
いる。アーク燈の電路中に抵抗器112を挿入してアーク
電流を表すアナログ出力電圧を検知している。

第12図は第11図の配置を変更したもので、ここではアナ
ログ領域の出力が、アーク燈の出力光を検知するように
配設された光センサー120に接続されている。

第13図に示すアナログ領域の実施例では、アナログ出力
電圧がシリコン光センサー130に印加され、アナログ出
力電圧はこの光センサーと直列に接続された抵抗器131
に導かれる。もちろん、同じ目的で他のセンサー装置を
用いることもできる。このようにアナログ出力はアナロ
グ入力および周囲光条件に影響されるだけではなくて使
用センサー装置の物理特性の関数でもある。

第14図においては、シリコン半導体変換器層が形成する
球状シエル141の内部に蛍光物質層140が設けられてい
る。シエルには入力アナログ信号を受け取るための端子
がそれを囲撓して設けられている。この変換器は入力エ
ネルギーを変換して球状シエル内の蛍光物質に発光エネ
ルギーを与える。シリコン層はこの発光を受けて出力を
発生し、この出力がマイクロコンピュータに加えられ
る。出力信号はこのように入力信号の関数であると共
に、シリコン層が発生するエネルギーに対する蛍光物質
の応答及びそれによって生じる発光に対するシリコン層
の応答アルゴリズムの関数でもある。シリコン層の応答
はシステムの複雑性や関与する可変因子の多いことから
みて完全予測が可能なものではない。

第15図はアナログ領域の更に他の実施例を示す。ここで
はアナログ出力電圧が抵抗器などの加熱要素150に加え
られる。この要素150の温度は熱電対151によって検知さ
れてアナログ出力電圧を生じる。この出力電圧は入力ア
ナログ電圧の関数であるばかりではなくて、周囲条件の
関数でもある。

いうまでもなくこのアナログ領域のために、他の装置を
使用することも可能であり、本発明は以上に記述した諸
装置の使用に限定されるものでもない。たとえば、磁
性、空気、核、機械的、熱的その他様々な可変特性を利
用した装置をアナログ領域に使用することができる。す
なわち、磁性システムの場合、入力エネルギーを用いて
磁場をつくり、たとえば、抗磁場のような外部エネルギ
ーによってこの磁場が影響を受けるようにすると、アナ
ログ出力はシステムを流れる電流の関数となる。機械的
システムの場合、時間の関数としての調和運動要素のよ
うな機械要素を用いることによって装置の伝達関数を測
定してもよい。

このようにアナログ領域装置は、装置そのものに依存す
るデータその他の信号のためのパスないし伝達関数をも
つが、この関数は装置の物理的性質からみていかなる場
合にも必ずしも十分に予測可能なものとは言い難い。そ
して装置から出力される情報は入力される情報とは異な
る。この情報の変化は可変性を表し、この可変性こそ単
に所望のアルゴリズムに従ってデジタル変換するだけで
は不可能な態様でマイクロコンピュータが情報を処理す
ることを可能とするのである。

以上本発明を特定の実施例にのみ限って説明したが、様
々な変更をこれに加えることが可能なことは言うまでも
ない。したがってまた、本発明の真の精神ならびに範囲
に含まれるこのような変更例を以下の請求項に列挙す
る。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】デジタル計算システムと、 アナログ処理装置であって、電気アナログ信号入力部
   と、電気アナログ信号出力部と、前記アナログ信号入力
   部における電気情報信号をアナログ・エネルギー信号に
   変換する手段と、前記アナログ・エネルギー信号を改変
   する手段と、改変されたアナログ・エネルギー信号に対
   応して出力電気情報信号を発生しそれを前記アナログ信
   号出力部に加える手段とからなるものと、 前記のデジタル計算システムからの出力データを前記電
   気情報信号に変換して前記アナログ信号入力部に加える
   デジタル・アナログ変換手段と、 前記アナログ信号出力部における前記出力電気情報信号
   をデジタル信号に変換してこのデジタル信号を前記デジ
   タル計算システムに加えるアナログ・デジタル変換手段
   と、 からなる情報処理システム。
2. 【請求項２】電気情報信号を変換する前記手段が、前記
   アナログ信号入力部における電気情報信号を光エネルギ
   ー信号に変換する手段からなり、 出力電気情報信号を発生する前記手段が、光エネルギー
   信号を電気エネルギー信号に変換して前記アナログ信号
   出力部に加える手段からなる請求項１記載の情報処理シ
   ステム。
3. 【請求項３】電気情報信号を変換する前記手段が、前記
   アナログ信号入力部における電気情報信号を化学エネル
   ギー信号に変換する手段からなり、 出力電気情報信号を発生する前記手段が、化学エネルギ
   ー信号を電気エネルギー信号に変換して前記アナログ信
   号出力部に加える手段からなる請求項１記載の情報処理
   システム。
4. 【請求項４】電気情報信号を変換する前記手段が、前記
   アナログ信号入力部における電気情報信号を磁性エネル
   ギー信号に変換する手段からなり、 出力電気情報信号を発生する前記手段が、磁性エネルギ
   ー信号を電気エネルギー信号に変換してそれを前記アナ
   ログ信号出力部に加える手段からなる請求項１記載の情
   報処理システム。
5. 【請求項５】デジタル装置を使用して第１電気デジタル
   ・データを発生し、 前記第１電気デジタル・データを第１電気アナログ・デ
   ータ信号に変換し、 前記第１電気アナログ・データ信号を非電気エネルギー
   ・データ信号に変換し、 前記非電気エネルギー・データ信号を改変して改変され
   た変換エネルギー・データ信号を発生し、 前記改変された変換エネルギー・データ信号を第２電気
   アナログ・データに再変換し、 前記第２電気アナログ・データ信号を前記第２電気デジ
   タル・データ信号に再変換し、 これにより、前記非電気エネルギー・データ信号への変
   換と前記第２アナログ・データ信号への再変換が、前記
   第２電気デジタル・データ信号に前記第１電気デジタル
   ・データ信号とは異なる変動を生じるようにすること、 からなるデータ処理の方法。
6. 【請求項６】データを記憶したメモリーをそなえたデジ
   タル計算システムと、 入力データを前記デジタル計算システムに加える手段
   と、 受取った電気情報をアナログ・エネルギー型の情報に変
   換する手段と、前記アナログ型エネルギーを改変する手
   段と、前記改変されたアナログ型エネルギーに応じて出
   力電気情報を発生する手段とからなるアナログ処理装置
   と、 アナログ・データを前記アナログ処理システムに加える
   デジタル・アナログ変換手段と、 前記出力電気情報を前記デジタル計算システムに加える
   アナログ・デジタル変換手段とからなり、 前記のデジタル計算システムは、加えられた入力データ
   を前記メモリ中の記憶データと比較する手段と、前記の
   記憶データと入力データとの間に対応が無い場合に前記
   入力データを前記デジタル・アナログ変換手段に加える
   手段とを含む情報処理システム。
7. 【請求項７】前記のデジタル計算システムが更に前記ア
   ナログ・デジタル変換手段の出力と前記メモリ中の記憶
   データとを比較する手段を含む請求項７の情報処理シス
   テム。