Цифровое сглаживающее устройство

 

ЦИФРОВОЕ СГЛАЖИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО , содержащее регистр, элемент И, первый сумматор и мультиплексор, выход i-ro (,n I разряда которого подключен ко входу i-ro разряда первой группы первого сумматора, выход i-го (t 1 ,п+ К разряда (где интервал усреднения, празрядность обрабатываемых чисел ) которого соединен со входом il-ro разряда регистра, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности и увеличения быстродействия, в него введены второй и третий сумматоры и элемент НЕ, выход которого соединен со входом переноса первого сумматора, со входом j-го разряда (, и +1 /первой группы первого сумматора и входом j-ro (j h-m+l,n ) разряда первой группы {т - коэффициент увеличения интервала усреднения ) второго сумматора , выход переноса которого подклю/ e m«Jчен к первому входу элемента И, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, вход i-ro

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИН

ЗШ 06 F 15 353

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3534957/18-24 (22) 07.01.83 (461 15.05.84 Бюл. 9 18 (72) С.К.Лопатин (531 681. 32 (088. 8) (56! 1. Авторское свидетельство СССР

)р 698003, кл. G 06 F 15/36, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

9 752009, кл. G 06 F 15/36, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР рр 864292, кл. G 06 F 15/353, 1981 (прототип ). (54)(57) ЦИФРОВОЕ СГЛАЖИВАЮЩЕЕ УСТРОИСТВО, содержащее регистр, элемент

И, первый сумматор и мультиплексор, выход i-ro (i =1, ) разряда которого подключен ко входу -ro разряда первой группы первого сумматора, выход

) -го (< =1,n+ К)разряда (где 2 — интер% вал усреднения, n — разрядность обрабатываемых чисел 1 которого соединен со входом i-го разряда регистра, о тл и ч а ю щ е е с я тем, «то, с целью повышения точности и увеличения быстродействия, в него введены второй и третий сумматоры и элемент НЕ, выход которого соединен со входом переноса первого сумматора, со входом i-го разряда 1i =и+Т, n + З 1парвоа группы первого сумматора я входом (-го (j=h-m+1,n ) разряда первой группы (n — коэффициент увеличения интервала усреднения ) второго сумматора, выход переноса которого подклю„„SU„„1 25 О А чен к первому входу элемента И, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, вход -го ((=Т,t ) разряда первой группы которого подключен к выходу i-го разряда третьего сумматора, выход переноса которого соединен со входом элемента НЕ и вторым входом элемента И, прямоя выход — го =11ni % разряда регистра соединен со входом i-го разряда второй группы первого сумматора, инверсный выход i-го (=1+1, n+ М ) разряда регистра подключен Ко входу (1 - k) -ro разряда второй группы второго сумматора и ко входу ((-к7го разряда первой группы третьего сумматора, выход i-го I =n+Ò,я раз- ы

Ф ряда которого подключен ко входу(i -rq)ro разряда первой группы второго сумматора, вход переноса которого объединен со входом переноса третьего С сумматора и подключен к инверсному выходу k-го разряда регистра, прямые Я выходы и старших разрядов которого являются группой информационных выходов устройства, входы и разрядов второй группы третьего сумматора являй)тся группой информационных входов устройства, а вход синхронизации регистра является входом синхронизации

@устройства, входы разрядов второй группы мультиплексора являются входами задания константы приращения устройства.

1092520

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в адаптивных системах цифровой обработки информации.

Известно устройство для вычисления среднего значения случайной величины, содержащее преобразователь аналоговой величины в число импульх:oâ, счетчик числа реализаций, управляемый делитель частоты, генератор 13 тактовых импульсов (1 3.

Известно также устройство для вычисления скользящего среднего значения, содержащее генератор тактовой частоты, два регистра и два сумматора (2 g.

Недостаток иэвестньйс устройств заключается в том, что реализуемый в них алгоритм определения скользящего среднего па известной рекуррент= ной формуле )(. — Y . не учитывает влияния импульсного сигнала на величину скользящего среднего значения, характеризующего шум, 25 т.е. оценка среднего значения шума, сопровождающего импульсные сигналы, оказывается недостаточно эффективной.

В Формуле (1) через X.обозначено скользящее среднее, вычисленное на

i-м шаге, Х вЂ” текущее значение случайной величины, 2 — интервал усреднения в числе отсчетов случайной величины, Наиболее близким па технической сущности к изобретению является цифровое сглаживающее устройство, содержащее регистр, сумматор, два мультиплексора, блок управления с триггерами и элементом И 1.33.

В указанном устройстве уменьшается влияние импульсного сигнала на вычисляемое по формуле (1 1 среднее значение шума

1 при х,-х; „I(0

oL = (О при х.-х,,(0

m — постоянный коэффициент, увеличивающий интервал усреднения при повышении текущего значения случайной величины скользящего среднего эна tåния.

Недостаток этого устройства заключается в низкой точности определения скользящего среднега иэ-за того, чта при х, х; „интервал усреднения 68 равен 2, а при х, -х;,<0 этот интервал уменьшается да 2 " отсчетов.

При этом положительные и отрицательные приращения текущих значений случайной величины учитываются при вычислении скользящего среднего значения с разными весами, что приводит к получению смещенной оценки среднего значения даже при отсутствии импульсного сигнала (спад среднего значения происходит быстрее, чем нарастание, и величина среднего значения получается заниженной). Кроме того, в указанном устройстве не оценивается уровень импульса, в результате чего при появлении сигнала с большой амн нежелательное влияние ега на величину среднего значения аказъ|вается существенным. Недостатком устройства является также низкое быстродействие, поскольку вычисление скользящего среднего производится за несколько последовательно выполняемых операций с тактираванием элементов памяти.

Цель изобретения — повышение точности и увеличение быстродействия устройства.

Указанная цель достигается тем, чта в цифровое сглаживающее устрайства, содержащее регистр, элемент И, первый сумматор и мультиплексор, выход i Fo (1=1, n) разряда которого подключен ка входу i-го разряда первой группы первого сумматора, выход

i-ro(i:=1,л+ разряда(где 2 к- интервал усреднения,п-разрядность абрабатывае."ых чисел) которого соединен со вха,цам i-га разряда регистра, введены второй и третий сумматоры и элемент

НБ, выход которого соединен са входам переноса первого суммата а, со входом i-га разряда (i=n+1, ntk7 .первой группы первого сумматора и входом j-ro (, = n-re+1, разряда первой группы (а — коэффициент увеличения интервала усреднения) второго сумматора, выход переноса. которого пад<лючен к первому входу элемента И, выход которого соединен с управляющим входам мультиплексора,вход 1-га (1=1,Л ) разряда первой группы которого пад" ключен к выходу t-ro paapaga третье..а сумматора, выход переноса которо-. га саецинен са входом элемента НЕ и вторым вхадаь элемента И, прямой выход i-га (i-=1„n+ % ) разряда регистра соединен са входом i-го разряда вторай группы первого сумматора, инверсный выход 1-га (1 =к+1,n+ 4 ) разряда регистра подключен ка входу (1-1 1-га разряда второй группы второго сумматора и ка входу(i-и)-га разряда первой группы третьего сумматора, выход

-ro (:-- п +1,п ) разряда котарага подключен ка входу(1 -tnt-ro разряда первой группы второго сумматора, вход переноса которого объединен со входом переноса третьего сумматора и подключен к инверсному выходу k-га разряда регистра, прямые выходы сттарших разрядов которого являются группой информационных выходов уст1092520 ройства, входы разрядов второй группы третьего сумматора являются группой информационных входов устройства, а вход синхронизации регистра является входом синхронизации устройства, входы разрядов второй группы 5 мультиплексора являются входами задания константы приращения устройства.

Введение в устройство указанных элементов и связей между ними обеспе-)Q чинает учет приращений случайной величины с одинаковыми весами независимо от знака приращения, что позволяет исключить ошибку в вычислении скользящего среднего значения. Кроме того, повышается быстродействие, так как все вычисления выполняются на комбииационных сумматорах и тактиронание устройства выполняется один раз при записи окончательного результата в регистр.

На чертеже принедена схема цифрового сглаживающего устройства.

Устройство содержит регистр 1, сумматоры 2, 3 и 4, мультиплексор 5, элемент НЕ 6 и элемент И 7. Позициями 8, 9 и 10 обозначены соответственно вход синхронизации, информационные входы и выходы устройства. Для определенности на чертеже представлен частный случай, когда величина

m=1.

Сумматоры 3 и 4 содержат по и разрядов в соответствии с разрядностью информационного входа 9 устройства, подключенного к первым входам 35 (А.„,..., А„)сумматора 3, выходы которого соедийены с первыми входами мультиплексора 5. Кроме того, выходы сумматора 3 подключены со сдвигом вправо на один разряд (обеспечиваю- 40 щим деление на дна) к первым входам

А.„ ..., А „ сумматора 4, первый вход старшего разряда А „ которого соединен через элемент НЕ б с выходом переноса сумматора 3. Сумматоры 3 и 4 45 предназначены для вычитания кода регистра 1 из коцон, поступающих на их первые входы, при этом для получения дополнительного кода П старших разрядов регистра 1 инверсные выходы этих разрядов подключены ко нторым входам сумматоров 3 и 4, а для получения дополнительного кода с округлением (c учетом старшегс из отбрасываемых младших разрядов ) на нходы переносов сумматоров 3 и 4 вместо сигнала логической "1" подключается сигнал с инверсного выходы k-го разряда. Мультиплексор 5 коммутирует на первые входы и младших разрядов первого сумматора 2 либо код с ныхо- 60 дов сумматора 3 (при логическом "0" на его входах управления У / У ), либо код константы (минимального) приращения (при логической "1" на входах V.,/í,}, установленный на нторых входах мультиплексора 5, например код 0,...,01 (единица младшего ,разряда ).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в регистре

1 хранится код среднего значения

Х; 1 случайной величины (шума ), полученный на предыдущем шаге вычисления. С поступлением на вход 9 устройства кода очередного измерения случайной величины Х на выходе сумматора 3, выполняющего сложение кода Х> с дополнитеЛьным кодом Х;, формируется код разности й„= Х;-Х; (3)

При д 0 на выходе переноса Р„

1 сумматора 3 действует сигнал логической "1", обозначающий, что уровень входного сйгнала не меньше уровня среднего значения случайной величины. В этом случае с помощью сумматора 4 производится проверка на превышение уровня входного сигнала Х. трехкратной величины скользящего среднего Х;,. Сумматор 4,производящий сложение кода д, сдвинутого на

1 один разряд вправо, т.е. уменьшенного н 2 раза, с дополнительным кодом скользящего среднего X; „ поступающим на его вторые входы (и вход переноса ), формирует на выходе код разности

Если д. 1 О, что соответствует случаю Х;> ЗХ,,, r. определенной вероятностью можно считать, что последнее измерение Х; относится к анализируемому импульсному сигналу, и следователь«о, по=лед«ее измерение не должно учитываться при определении неличи«ы скользящего среднего на очередном шаге вычислений. Прид„;0 на выходе пере«оса Р„ суммато з. 4 сигнал принимает з«ачейие логической "1", при этом «а выходе элемента Н 7, на обоих входах которого действуют сигналы "1", также появляется сигнал логической "1", под действием которого на первые входы младших разрядон сумматора 2 с выхода, лультиплексора

5 поступает код константы минимального гриращения, например 0,...,01, а «а входах старших разрядон н :. а входе переноса сумматора 2 с элемента НЕ 8 поступает сиг«ал логическо-го "0". Положитель«ая конста«та добавляется к коду ".; „ с регистра 1 н код суммы с сумматора 2 поступает на входы регистра 1. С поступлением на вход 8 устройства сигнала синхро«и.=.ации код с сумматора 2 записывается н регистр i. Для нормальной работы устройства задержка сигнала

1092520

i0 синхронизации относительно поступления информации на вход 9 устройства должна быть достаточной для установления уровней сигналов на входах .В 1,, в„,м регистра 1i а в регистре 1 должйй использоваться элементы 5 памяти, воспринимающие входную информацию только в момент действия фронта сигнала синхронизации (например триггеры типа 9 с самоблокировкой).

При д (0 на выходе переноса сум2 матора 4, следовательно, на выходе элемента И 7 сигнал принимает значение логического "0", под действием которого на первые входы сумматора 2 через мультиплексор 5 поступает код разности д„ с выхода сумматора 3 При этом 6сли д17,0, то на первые входы старших разрядов (Aд,,..., A + )и на вход переноса сумматора 2 с выхода элемента НЕ б подается логической "0", т.е. на сумматор 2 поступает прямой код разности д1, а при д1<0 результат вычитания на выходе сумматоРа 3 получается в дополнительном коде и на первых входах старших разрядов, а также на входе переноса сумматора 2 действуют сигналы логической "1", соответствующие дополнительному коду (n+R t-разрядного числа °

Среднее значение X вычисляемое в устройстве, определяется в соответствии с рекуррентными выражениями

Д2И Х; =Х1+ — „, (g ,2х. х и,СО X,.= X. + где С вЂ” константа минимального приращения скользящего среднего при наличии на входе устрой- 40 ства кода, значение которого, по крайней мере, в 3 раза превышает средний уровень шума.

Необходимость введения константы 45

С О обусловлена тем, что при случайной установке в регистре 1 нулевого кода условиед 0 всегда выполняется и изменение содержимого регистра 1 становится невозможным, если С=О.

Назначение элемента И 7 заключается в исключении влияния переполнейия сумматора 4 при сложении двух отрицательных величин, когда сигнал на выходе его переноса принимает значение

"1", несмотря на то, что фактически дгсО.

Код скользящего среднего со старших разрядов регистра 1 поступает на выход 10 устройства и не иэменяется до поступления следующего синхронизирующего импульса на вход 8 ycг=" ройства.

Таким образом, в данном устройстве за один такт производится вычисление скользящего среднего значения шума, которое может использоваться в дальнейшей обработке для автоматической установки режимов пороговых устройств.

По быстродействию и точности вычисления скользящего среднего данное устройство имеет преимущества по сравнению с известным. Получение выходного кода в данном устройстве производится за один такт записи в регистр нового вычисленного значения с задержкой относительно поступления кода на вход устройства, определяемой лишь временем задержки переключения логических элементов.

Ошибка в оценке среднего значения при Х, (ЗХ; „ в данном устройстве в отличие от известных устройств отсутствует, а при Х; ЗХ; 1 ошибка,обусловленная влиянием импульсного сигнала на среднее значение в данном устройстве, составляет единицу младшего разряда, уменьшенную в 2 раз, в то время как в прототипе эта величина определяется амплитудой сигнала и может быть в несколько раэ больше.

Составитель A.Áàðàíoâ

Редактор А.долинич Техред И.Метелева Корректор I.Ïèëèïåíêo

Заказ-3256/33 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4