SU1104529A1 - Цифровой автокоррел тор - Google Patents

Abstract

-ЦИФРОВОЙ.АВТОКОРРЕЛЯТОР, содержащий (п-1) коммутаторов, первый блок пам ти, состо щий из п последовательно соединенных  чеек, вход первой  чейки которого  вл етс  первым информационным входом автокоррел тора , выход первой  чейки первого блока пам ти соединен с первыми входами п блоков умножени , вторые входы которых подключены к выходам соответствующих  чеек первого блока пам ти, второй блок пам ти, состо щий из h последовательно соединенных  чеек, вход первой  чейки которого  вл етс  вторым информационным входом автокоррел тора , выход первой  чейки второго блока пам ти соединен с первыми .входами (п-1) блоков вычитани , вторые входы которых подключены к выходам соответствующих  чеек второго блока пам ти, начина  со второй, m сумматоров, вход первого сут матора подключен к выходу первого блока умножени , а каждый коммутатор содержит дешифратор и первую группу из (т-1) элементов И, причем входы дешифраторов коммутаторов подключены к выходам соответствующих блоков .вычитани , первые входы элементов И первых групп всех коммутаторов объединены и  вл ютс  синхронизирующими входами автокоррел тора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены m счетчиков и m блоков делени , а в каждый коммутатор - втора  группа из (т-1) элементов И, (т-1) элементов ИЛИХт-1) элементов НЕ, и (т-1) ключей, информационные входы которых в каждом коммутаторе объединены и подключены к выходу соответствующеi го блока умножени , кроме первого, (Управл ющие входы ключей, кроме пер (Л вого ключа, в каждом коммутаторе объединены с вторыми входами одноименных элементов И первой группы того же коммутатора и подключены к выходам соответствующих элементов И второй группы того же коммутатора, первые входы которь& поключены к выходам соответствзтощих элементов ИЛИ того же коммутатора , вторые входы элементов И второй группы в каждом коммутаторе через соответствующие элементы НЕ подключены к соответствующим выходам дешифратора, управл ющий вход первого ключа в каждом коммутаторе объединен- с вторым входом первого элемента И первой группы и с первым входом первого элемента ИЛИ и подключен в первом коммутаторе к щине единичного потенциала и к шине нулевого потенциала в остальных тсоммутаторах, вторые входы элементов ИЛИ i-ro коммутатора (где i 2, п-1) подключены к соответствующим выходам дешифратора (i-1)-ro коммутатора, вторые входы элементов

Description

ИЛИ первого коммутатора объединены и под1шючены к шине нуленого потенциала , выходы одноименных ключей всех коммутаторов объединены и через соответствующие счетчики, кроме первого счетчика, подключены к первым входам соответствующих блоков делени , кроме первого/ выходы одноименных элементов И первой группы всех коммутаторов объединены и через соответствующие сумматоры, кроме первого, подключены

к вторы 1 входам соответствующих блоков делени ,, кроме ппрвого, первый вход первого блока делени  через первый счетчик подключен к синхронизирующему входу автокоррел тора, второй вход первого блока делени  через первый сумматор подюшчен к выходу первого блока умножени , выходы блоков делени   вл ютс  соответСТВУЮ1ЦИМИ выходами автокоррел тора .

Изобретение относитс  к измерению характеристик случайных процессов и предназначено дл  определени  оценки коррел ционной функции текущего стационарного процесса, представленного неравноотсто щими отсчетами, рев .реальном масштабе времени.

I

Известен цифровой автокоррел тор, содержащий входной блок пам ти, состо щий из 3(т-1) последовательно соединенных  чеек, аналого-цифрового преобр1азовател , генератора импульсов, делител  частоты на два и на три, (т-1) блоков формировани , m блоков умножени  и m сумматоров, Причем каждый j-й блок формировани  содержит блок пам ти с 3j  чейками, сумматор, счетчик, триггер, элемент ИЛИ и два элемента И ,

Указанный автокоррел тор вьгчисл ет автокоррел ционную функцию процёссов с регул рные щагом дискретизации входного процесса и не позвол ет вычисл ть автокоррел цуонную фунК1 ию процессов с нерегул рным шагом дискр тизации.

Наиболее близким по технической сущности и функциональному назначению к изобретению  вл етс  цифровой коррел тор, содержащий два блока пам ти , состо щих последовательно соединенных  чеек каждый, п блоков умножени , (п-1) блоков вычитани , () блоков коммутации, m сумматоров . Первым входом коррел тора  вл етс  вход первого блока пам ти. Выход первой  чейки первого блоки пам ти подключен к первьм входам блоков умножени , вторые входы которых соединены с выходами соответствующих

 чеек первого блока пам ти. Вход первого сумматора соединен с выходом первого блока умножени . Вторьгм входом коррел тора  вл етс  вход второго блока пам ти, вькоды  чеек которого , кроме первой, подключены к первым входам соответствующих блоков вычитани , вторые входы которых подключены к выходу первой  чейки второго блока пам ти. Выходы блоков вычитани  подключены к первым входам соот . вет ствующих блоков коммутации, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих блоков умножени , кроме первого. Выходы блоков коммутации подключены к входам соответствующих cj MMaTopoB, кроме первого t 2 3.

Однако устройство не учитывает закон, по которому аппроксимирован входн.ой процесс, представленный неравноотсто щими отсчетами, т.е. не

.восстанавливает его. Он обрабатывает

,лишь существенные отсчеты и не обрабатывает промежуточные. Таким образом , возрастает статистическа  погрешность определени  оценок автокоррел ционной функции исходного процесса (при фиксированном времени на .блюдени ).

На практике в системах сжати  данных входной процесс чаще всего аппроксимирован полиномами нулевого пор дка . Сладо ательно можно определ ть промежуточные отсчеты входного процесса , тем самым повысить точность оценки автокоррел ционной функции.

Целью изобретени   вл етс  повьшение точности получаемьтх оценок авток рррел ционных функций за счет автоматического восстановлени  промежуточных отсчетов входного процесса и их обработки. . Указанна  цель достигаетс  тем, что- в цифро-автокоррел тор, содержащи ( п-1) коммутаторов, первый блок пам ти , состо щий из п последовательно соединенных  чеек, вход первой  чейки которого  вл етс  первым информацион ным входом автокоррел тора, выход первой  чейки первого блока пам ти соединен с первыми входами п блоков умножени , вторые входы которых подКл ючены к выходам соответствующих  чеек первого блока пам ти, второй блок пам ти, состо щий из п последовательно соединенных  чеек, вход пер вой  чейки которого  вл етс  вторым информационным входом автокоррел тора , выход первой  чейки второго блок пам ти соединен с первыми входами (п-1) блоков вычитани , вfopыe входы которых подключены к- выходам соответ ствующих  чеек второго блока пам ти, начина  со второй, m сумматоров, вхо первого сумматора подключен к выходу первого блока умножени , а каждый коммутатор содержит дешифратор и пер вую группу из {т-1) элементов И, при чем входы дешифраторов коммутаторов подключены к выходам соответствующих блоков вычитани , первые входы элеме тов И первых групп всех коммутаторов объединены и  вл ютс  синхронизирующими вхсУдами автокоррел тора, введе ны m счетчиков и m блоков делени , а в каждый коммутатор - втора  группа из (т-1) элементов И, (т-1) элементов ИЛИ, (й1-1) элементов НЕ и (т-1) ключей, информационные входы которых в каждом коммутаторе объединены и подключены к выходу соответствующего блока умножени , кроме первого, управл ющие входы ключей, кроме первого ключа, в каждом коммутаторе объединены с вторыми входами одноименных элементов И первой группы того же коммутатора и подключены к выходам соответствующих элементов И второй группы того же коммутатора , первые входы которых подключены к выходам соответствующих элементов ИЛИ того же коммутатора, вторые входы элементов И второй группы в каждом коммутаторе через соответствующие элементы НЕ подключены к соответствуюЕ1ИМ выходам дешифратора , управл ющий вход первого ключа в каждом коммутаторе объединен с вторым входом первого элемента И первой группы и первьм входом первого элемента ИЛИ и подключен в первом коммутаторе к шине единичного потенциала и к шине нулевого потенциала в остальных коммутаторах, вторые входы элементов ИЛИ i-ro коммутатора (где , п-1) подключены к соответствующим выходам дешифратора (i-l)-ro коммутатора, вторые вхоДы элементов ИЛИ первого коммутатора объединены и подключены к шине нулевого потенциала, выходы одноименных ключей всех коммутаторов объединены и через соответствующие счетчики, кроме первого счетчика, подключены к первым входам соответствуюш сх бло- ков делени , кроме первого, выходы одноименных элементов И первой группы всех коммутаторов объединены и через соответствующие сумматоры, кроме первого, подключены к вторым входам соответствующих блоков делени , кроме первого, первый вход первого блока делени  через первый .счетчик подключен к синхронизирующему входу автокоррел тора , второй вход первого блока делени  через первый сумматор подключен к выходу первого блока умножени , выходы блоков делени   вл ютс  соответствующими выходами автокоррел тора . На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - .блок-схема коммутатора; на фиг. 3 - таблица соответстви  состо ни  блоков устройства номерам синхроимпульсов. Автокоррел тор содержит блок 1 пам ти , блок 2 пам ти, блок 3 умножени , блок k вычитани , коммутаторы 5, сумматоры 6, счетчики 7, блоки 8 делени . Коммутатор 5 содержит дешифратор 9, элементы НЕ 10, первую группу элементов И 11, ключи 12, элементы ИЛИ 13, вторую группу элементов И 14. Цифровой автокоррел тор работает следующим образом. Перед началом работы  чейки обоих блоков 1 и 2 пам ти, сумматоры 6 и счетчики 7 обнулены. На информационный первый вход устройства в i-й момент времени поступает текущее значение входного процесса х, , которое запоминаетс  в первой  чейке первого блока 1 пам ти. На информационный второй вход устройства поступает текущее значение времени t., которое запоми аетс  в первой  чейке второго .блока

|2 пам ти. На синхронизирующий вход устройства поступает синхроимпульс, соответствующий приходу пары текущих Причем в общем слузначений Х: чае входной процесс представлен не .равноотсто щими отсчетами времени. Кроме того, входной процесс аппрокси мирован полиномами нулевого пор дка. Первый и второй блоки 1 и 2 пам ти осуществл ют параллельные сдвиги содержимого  чеек в моменты прихода каждой последующей пары текущих зна- чений входного процесса и времени. Таким образом, а i-й момент времени в первой, второй и т.д., п-й  чейках первого блока 1 пам ти наход тс  значени  входного процесса соответст венно х-, х и т.д., к-.,, а в пе вой, второй и т.д., п-й  чейках второго блока 2 пам ти - текущие значени  времени t, , t. и т.д., t .все . На выходе первого, второго и т. блоков 3 умножени  формируютс  в i-й момент времени t частичные произведени  соответственно х и т.д., х-х.,, , которые поступают на информационные входы ключей 12 со ответствующих коммутаторов 5. Частич ное произведение х с первогб блока 3 умножени  подаетс  на соответствующий вход первого сумматора 6. На вы ходе первого, второго и т.д., (п-1)го блоков 4 вычитани  вычисл ютс  разности соответственно (t- - t )), (t,- t-,.2);: И Т.Д., (t. - t;.), которые подаютс  на входы дешифра .торов 9 соответствующих коммутаторов 5 и характеризуют временную задержку между соответствующими (существенными ) значени ми входного процесса. Каждый К--и выход дешифратора 9 j-ro коммутатора 5 вьщает управл ющий сигнал на соответствующий вход К.-.-го элемента ИЛИ (j + 1)-ro коммутатора 5. Номер К: соответствует коду временной задержки. Следует заметить, что номера выходов дешифраторов 9 не равнь(, между собой и возрастают с ростом Kj, т.е. К, Kj KJ ... :К. ...К .(1) Причем Kj, m. В соответствии с (1) первый коммутатор 5 вьдает частичное произведение , поступающее на его дешйфратор 9, и сигнал, образованный синхро импульсом, поступающим на первые вхо ды элементов И 11 первой группы первого коммутатора 5, на выходы, соот1104529

ветствующих ключей 12 и элементов И 11 первой группы своего коммутатора . Номер выходов лежат в диапазоне 1-К . Второй коммутатор 5 вьщает частичное произведение, поступающее на его дешифратор 9, и сигнал, образованный синхроимпульсом, поступающим на первые входы элементов И 11 первой группы второго коммутатора 5 на выходы соответствующих ключей 12 и элементов И 11 первой группы своего коммутатора 5. Номера выходов лежат в . диапазоне () и К и т.д., j-й коммутатор 5 выдает названные сигналы на выходы соответствующих ключей 12 и элементов И 11 своего коммутатора, номера выходов лежат в диапазоне (К- +1) - Kj и т.д., (п-1)-й коммутатор вьщает аналогичные сигналы на выходы соответствующих ключей 12 и элементов И 11 своего коммутатора, номера выходов лежат в диапазоне (К,., + 1) - К„., . Частичные произведени  с выходов соответствующих ключей 12 коммутаторов 5 поступают на входы соответствующих сумматоров 6, кроме первого, и накапливаютс . Сигналы с вьжодов соответствующих элементов И 11 первой группы коммутаторов поступают на входы соответствующих счетчиков 7, кроме первого, увеличива  их содержание на +1. На вход первого сумматора 6 поступает частичное произведение х4, а на вход первого счетчика 7 поступают синхроимпульсы синхронизирующего входа устройства. После прихода последней пары в сумматорах 6 наход тс  суммы, соответствующие неусредненным ординатам оценки автокоррел ционной функции. Блоки 8 делени  дел т содержимое сумматоров 6 на содержимое соответствующих счетчиков 7, таким образом усредн   результат. На выходе блокой 8 делени  получаютс  ординаты оценки автокоррел ционной функции. Каждый j-й коммутатор 5 работаете следующим образом (фиг. 2). На вход дешифратора 9, информационные входы ключей 12 и первые входы элементов И 11 первой группы поступают соответственно временна  задержка с j-ro блока 4 вычитани . частичное произведение с (j+1)-ro блока умножени  и синхроимпульс с синхронизирующего входа автоКоррел тора . Код временной задержки дешиф рируетс  дешифратором 9 в единичный сигнал на своем К--м выходе. Кроме того, этот сигнал поступает на К--и элемент НЕ 10 рассматриваемого коммутатора . Таким образом, сигналы на выходах элементов НЕ 10 формируют код, обратный коду, сформированному на выходах дешифратора 9, Во всех разр дах этого обратного кода наход тс  единичные потенциалы, kpoMe .К--го, где сформирован нулевой потен циал. Сигналы с выходов элементов НЕ 10 поступают на соответствующие входы элементов И 14, тем самым разреша  прохождение сигнала через эти элементы до элемента И 14, на который подаетс  нулевой потенциал с К 1-го элемента НЕ 10. На соответствующие входы элементо ИЛИ 13 j-ro коммутатора 5 подаетс  пр мой код с выходом дешифратора 9 (j-l)-ro коммутатора и соответственно с выходов своего дешифратора 9 коммутатора 5. В К- , -м разр де этого кода находитс  единичный потенциал , во всех остальных - нулевые. Сигнал с К- -го выхода дешифратора 9j-ro коммутатора 5 поступает последовательно на соответствующий вход элемента ИЛИ 13 и соответствующий вход открытого элемента И 14 ()-го ключа 12, на первый вход элемента ИЛИ 13 и вход открытого элемента И 14 (К +2)-го ключа 12 и т.д. до закрытого нулевым сигС К--го элемента НЕ.10 элеменналом 14 (К-+1)-го ключа 12. Сигналы та И с выходов элементов И 14 поступают на .управл ющие входы соответствующих ключей 12 и в соответствзпощие входы элементов И 11. Таким о.бразом, сигна с К:., -го соответствующего элемента ИЛИ 13 входа j-ro коммутатора 5 открывает ключи 12 и соответствуюш 1е им элементы И 11 с (К + 1)-го до Kj-r I Частичное произведение с второго входа и синхроимпульс с третьего вх да j-ro коммутатора 5 подаютс  соот ветственно на информационные входы ключей и первые входы элементов И и далее на выходы соответствующих групп выходов указанного блока, номера которых лежат в диапазоне (К;., +1) - К,, т.е. через те ключи и элементы И, которые открыты сигналами соответствующих элементов И. Если на вход первого коммутато ра 5 подаетс  единичный потенцпа.ч, а на управл ющие входы группы нулевые потенциалы, то частичное произведение с .второго входа и синхроимпульс с третьего входа этого блока передаютс  соответственно на выходы первой и второй групп первого коммутатора 5, номера которь(х лежат в диапазоне 1-К. Если на входы каждого последующего коммутатора 5 подаетс  нулевой потенциал, то частичное произведение с выхода соответствующего блока 3 -умножени  и синхроимпульс синхронизирующего входа автокоррел тора через соответствующие ключи 12 и элементы И 11 j-ro коммутатора поступают на выходы, номера которых лежат в диапазоне 1-К. Так как на соответствующие входы первого элемента ИЛИ 13, элемента И 11 и управл ющий, вход первого ключа 12 первого коммутатора подаетс  единичный потенциал, то сигнал с этого коммутатора передаютс  на входы с номерами (К.+1) + Kj. Поскольку на соответствующие входы первого элемента ИЛИ 13, первого элемента И 11 и управл ющий вход,первого ключа остальных коммутаторов подаетс  нулевой потенциал, то сигналы с выходов J-го коммутатора 5 поступают на выходы с номерами с (К- ., +1)-го по Kj . Дл  по снени  работы устройства представлена таблица (фиг. 3) соответстви  содержимого составл ющих блоков устройства синхроимпульсам входного процесса. Из этой таблицы видно, что, кроме существенных отсчетов входного процесса, обрабатываютс  и промежуточные отсчеты. По результатам сравнительного анализа , по точности предлагаемого устройства и известного, проведенного методом имитационного моделировани , установлено, что среднеквадратическа  погрешность вычислени  коррел ционной функции у предлагаемого устройства меньше, чем у известного. Лучшие метрологические характеристики предлагаемого устройства по сравнению с известным позвол т расширить область его применени  в различных област х народного хоз йства, что обеспечит большую экономическую эффективность от его использовани . Техническа  реализаци  устройства можетбыть осуществлена, с использованием элементов цифровой вычислитель ной техники (ЦВТ). Первьй и второй блоки 1 и 2 пам ти предртавл ют собой йаборы регистров сдвига, количество регистров в каждом из которых (равно разр дности соответственно первого и второго информационн 1х входов устройства Эти регистры могут быть вьтолнены на интегральных схемах. Количество сумматоров 6, счетчиков 7 и блоков делени  8 m равно требуемому числу ординат коррел ционной функции Разр дность регистров сдвига блоков 1 и 2 п зависит в общем случае от коррел ционных характеристик входного процесса (максимального интервала коррел ции, коэффициента сжати  входного процесса, интервала дискретизации ) , п т. . Блоки умножени  3, вычитани  4, делени . 8, сумматоры 6, счетчики 7, дешифраторы 9, элементы НЕ 10, И 11 и 14, ИЛИ 13 и ключи 12  вл ютс  стандартными узлами ЦВТ и могут быть выполнены на интегральных схемах.

ff fiH m -ffi.

55 S

V,

«44

гГ

It

tj -«

fe ч

Э «

г н

«S

«91

«в

Нг «Ч

Claims (1)

1. -ЦИФРОВОЙ.АВТОКОРРЕЛЯТОР, содержащий (п-1) коммутаторов, первый блок памяти, состоящий из η последовательно соединенных ячеек, вход первой ячейки которого является первым информационным входом автокоррелятора, выход первой ячейки первого блока памяти соединен с первыми входами η блоков умножения, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек первого блока памяти, второй блок памяти, состоящий из п последовательно соединенных ячеек, вход первой ячейки которого является вторым информационным входом автокоррелятора, выход первой ячейки второго блока памяти соединен с первыми входами (п-1) блоков вычитания, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек второго блока памяти, начиная со второй, m сумматоров, вход первого сумматора подключен к выходу первого блока умножения, а каждый коммутатор содержит дешифратор и первую группу из (ш-1) элементов И, причем входы дешифраторов коммутаторов подключены к выходам соответствующих блоков вычитания, первые входы элементов И первых групп всех коммутаторов объединены и являются синхронизирующими входами автокоррелятора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены m счетчиков и m блоков деления, а в каждый коммутатор - вторая группа из (т-1) элементов И, (m-Ι) элементов ИЛИ.(т-1) элементов НЕ, и (т-1) ключей, информационные входы которых в каждом коммутаторе объединены и подключены к выходу соответствующего блока умножения, кроме первого, g ^управляющие входы ключей, кроме первого ключа, в каждом коммутаторе объединены с вторыми входами одноименных элементов И первой группы того же коммутатора и подключены к выходам соответствующих элементов И второй группы того же коммутатора, первые входы которык поключены к выходам соответствующих элементов ИЛИ того же коммутатора, вторые входы элементов^- И второй группы в каждом коммутаторе через соответствующие элементы НЕ подключены к соответствующим выходам дешифратора, управляющий вход первого ключа в каждом коммутаторе объединен с вторым входом первого элемента И первой группы и с первым входом первого элемента ИЛИ и подключен в первом коммутаторе к шине единичного потенциала и к шине нулевого потенциала в остальных коммутаторах, вторые входы элементов ИЛИ i-ro коммутатора (где i = =2, п-1) подключены к соответствующим выходам дешифратора (i-1)-ro коммутатора, вторые входы элементов

   SU „„1104529

   1 104529

   ИЛИ первого коммутатора объединены и подключены к шине нулевого потенциала, выходы одноименных ключей всех коммутаторов объединены и через соответствующие счетчики, кроме первого счетчика, подключены к первым входам соответствующих блоков деления, кроме первого, выходы одноименных элементов И первой группы всех коммутаторов объединены и через соответствующие сумматоры, кроме первого, подключены к вторым входам соответствующих блоков деления,, кроме первого, первый вход первого блока деления через первый счетчик подключен к синхронизирующему входу автокоррелятора, второй вход первого блока деления через первый сумматор подключен к выходу первого блока умножения, выходы блоков деления являются соответствующими выходами автокоррелятора .