Устройство для обработки сенсорных данных

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЕНСОРНЫХ ДАННЫХ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Прокопович Григорий Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для обработки сенсорных данных, содержащее блок управления, блок памяти эталонов, блок сравнения, накапливающий сумматор, блок памяти количества элементов шаблонов, блок принятия решений, выход которого является выходом устройства,первый информационный выход и второй управляющий выход блока управления подключены к первому и второму входу блока памяти эталонов соответственно, а третий выход подключен к первому входу накапливающего сумматора, выход блока сравнения соединен с вторым входом накапливающего сумматора и первым входом блока управления,четвертый выход которого подключен к входу блока памяти количества элементов шаблонов, отличающееся тем, что дополнительно введены блок задержки и блок ввода информации, информационный вход которого является входом устройства, а выход подключен ко второму входу блока управления, пятый выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй информационный вход блока сравнения и третий информационный вход блока управления соединены с выходом блока задержки, вход которого соединен с выходом блока памяти эталонов, выход накапливающего сумматора подключен к первому входу блока принятия решений, второй вход которого соединен с выходом блока памяти количества элементов шаблона. 79542012.02.28 Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована для обработки сенсорных данных большой размерности, таких как графические изображения,акустические сигналы, химические анализаторы и т.д. Известно устройство для регистрации сигналов неисправности 1, содержащее блок асинхронного ввода, блок памяти, два счетчика, дешифратор, триггеры, элементы И,ИЛИ, НЕ. Недостатком устройства является низкое быстродействие при выполнении процесса регистрации неисправностей, обусловленное отсутствием в устройстве блока классификации и необходимостью выполнения его функций внешним устройством. Известно устройство для распознавания ситуаций 2, содержащее многоразрядные сдвиговые регистры, генератор тактовых импульсов, вычислители функции принадлежности и блок выделения максимального сигнала. Недостатком устройства является низкое быстродействие, обусловленное вычислением и сравнением оценок функций принадлежности распознаваемой ситуации. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению(прототип) является устройство для распознавания изображений символов 3, содержащее блок сравнения, блок памяти эталонов, блок принятия решений, накапливающий сумматор, блок управления и блок памяти количества элементов шаблона. Недостатком указанного устройства является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью сравнения шаблонных элементов каждого эталона с рассматриваемым изображением и выбора номера эталона с максимальным значением совпадений. Задачей полезной модели является увеличение быстродействия устройства за счет ассоциативного извлечения и сличения сенсорных данных с эталонами, не требующих последовательного перебора всех имеющихся в блоке памяти шаблонов, а также упрощение процесса сегментации входных данных за счет инвариантности устройства к начальной фазе периодических сигналов. Задача решается за счет того, что в устройство для обработки сенсорных данных, содержащее блок управления, блок памяти эталонов, блок сравнения, накапливающий сумматор, блок памяти количества элементов шаблонов, блок принятия решений, выход которого является выходом устройства, первый информационный выход и второй управляющий выход блока управления подключены к первому и второму входу блока памяти эталонов соответственно, а третий выход подключен к первому входу накапливающего сумматора, выход блока сравнения соединен со вторым входом накапливающего сумматора и первым входом блока управления, четвертый выход которого подключен к входу блока памяти количества элементов шаблонов, дополнительно введены блок задержки и блок ввода информации, информационный вход которого является входом устройства, а выход подключен ко второму входу блока управления, пятый выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй информационный вход блока сравнения и третий информационный вход блока управления соединены с выходом блока задержки, вход которого соединен с выходом блока памяти эталонов, выход накапливающего сумматора подключен к первому входу блока принятия решений, второй вход которого соединен с выходом блока памяти количества элементов шаблона. Сущность устройства поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства для обработки сенсорных данных. На фиг. 2 представлена предобработка эталонов, где а - разбиение двумерных монохромных графических изображений б - разбиение числовых последовательностей на уникальные шаблоны одинаковой длины. Устройство для обработки сенсорных данных содержит блок ввода информации 1,информационный вход которого является входом устройства, а выход соединен с первым входом блока управления 2, информационный выход и управляющий выход блока управ 2 79542012.02.28 ления 2 подключены к первому и второму входам блока памяти эталонов 3 соответственно, выход которого соединен с входом блока задержки 4, информационный выход которого соединен с первым входом блока сравнения 5 и вторым входом блока управления 2,третий информационный выход которого соединен с вторым входом блока сравнения 5,выход которого соединен с первым входом накапливающего сумматора 6 и вторым входом блока управления 2, второй выход которого соединен с вторым входом накапливающего сумматора 6, выход которого соединен с первым входом блока принятия решений 8,второй вход которого соединен с выходом блока памяти количества шаблонов 7, вход которого соединен с третьим входом блока управления 2, а выход блока принятия решений 8 является выходом устройства. Устройство работает следующим образом. При включении устройства на выходах блоков сравнения 5, накапливающего сумматора 6 и блока принятия решений 8 присутствуют логические нули. Блок управления 2 через первый информационный выход передает в блок памяти эталонов 3 вектор длиной ,который содержит некоторую часть сенсорных данных, получаемых из блока ввода информации 1, а через второй управляющий выход подает блоку памяти эталонов 3 тактовый сигнал, после которого последний ищет входному вектору соответствующую ассоциативную пару. Если входной вектор, поступивший на вход блока памяти эталонов 3, соответствует -му шаблону одного из известных эталонов, то на его выходе появится(1)-й участок этого эталона, который из-за действия блока задержки поступит на второй вход блока сравнения 5 только на следующем такте. Блок управления 2 устроен таким образом, что если на предыдущем такте сенсорные данные, полученные от блока ввода информации 1, поступали на первый информационный вход блока памяти эталонов 3, то на следующем такте очередной информационный участок анализируемых сенсорных данных поступит через его пятый информационный выход на первый вход блока сравнения 5. Таким образом, если в потоке сенсорных данных последовательно содержатся участки образов, в достаточной мере соответствующие шаблонам одного из имеющихся эталонов, то выход блока сравнения выдаст логическую единицу, которая будет означать, что -й и (1)-й, предсказанный блоком памяти эталонов 3, участки одного из известных эталонов действительно присутствуют в сенсорных данных. Одновременно логическая единица, полученная из выхода блока сравнения 5, поступит на второй вход сброса блока управления 2, что послужит ему сигналом для дальнейшего распределения потока сенсорных данных через пятый информационный выход на первый вход блока сравнения 5 и передачи обратной связи от выхода блока памяти эталонов 3 через блок задержки 4 на третий вход блока управления 2, который через первый информационный выход подаст его на вход блока памяти эталонов 3. В противном случае очередной участок сенсорных данных из блока ввода информации 1 опять поступит на вход блока памяти эталонов 3, который снова будет искать среди хранящихся эталонов соответствующие шаблоны. Если (1)-й участок сенсорных данных, предсказанный блоком памяти эталонов 3 и поступивший по обратной связи от блока задержки 4 через третий информационный вход блока управления 2, попадет на вход блока памяти эталонов 3 и извлечет (2)-й шаблон известного эталона, то выход блока сравнения 5 опять выдаст логическую единицу. В результате выход накапливающего сумматора 6 уже будет содержать значение 2, которое будет служить сигналом для блока принятия решения 8,что в сенсорных данных последовательно содержатся, по крайней мере, три последовательных участка, соответствующих одному из известных эталонов. Блок принятия решений 8 постоянно сравнивает число совпадений участков исследуемых сенсорных данных с соответствующими шаблонами одного из известных эталонов, которое хранится на выходе накапливающего сумматора 6, со значением блока памяти количества элементов шаблонов 7, содержащих число (-1), которое было записано (до начала работы устройства) 3 79542012.02.28 через четвертый выход блока управления 2, где- число шаблонов, на которые эталоны были поделены на этапе предобработки. Если на вход блока управления 2 были последовательно поданы участки сенсорных данных, содержащих образ, который соответствует (похож) одному из известных эталонов, то выход накапливающего сумматора 6 будет выдавать число (-1). При этом блок принятия решений 8, выполняющий функцию компаратора, сравнив выходные значения накапливающего сумматора 6 и блока памяти количества элементов шаблонов 7, выдаст положительный результат, который будет означать, что в сенсорных данных был зарегистрирован один из известных эталонов. Однако если в процессе работы устройства выход блока сравнения 5 последовательнораз сигнализировал о совпадении участков сенсорных данных с соответствующими шаблонами одного из эталонов, причем-2, а на 1 такт он выдал логический нуль, то считается, что не только конкретный шаблон, но и весь образ в целом не были корректно распознаны, поэтому блок управления 2 сбросит значение накапливающего сумматора 6 для анализа новых последовательностей, получаемых из сенсорных данных. Для записи известных эталонов в блок памяти эталонов необходимо провести их предварительную обработку, от результатов которой будет зависеть как размер сканирующего окна потока сенсорных данных, так и качество процесса распознавания. Одним из главных принципов распознавания в предлагаемом устройстве является процесс дробления каждого из эталонов на одинаковое число шаблонов таким образом, чтобы они не коррелировали между собой. Так, на фиг. 2 а показан результат разбиения каждого из трех монохромных изображений различных букв латинского алфавита на три шаблона, что позволяет по любому из девяти полученных шаблонов идентифицировать его исходный образ. На фиг. 2 б показан пример разбиения двух числовых последовательностей на восемь и четыре шаблонов соответственно. Разница в числе полученных шаблонов объясняется различными размерами минимальных неповторяющихся числовых последовательностей. Как видно из описания функционирования предлагаемого устройства, оно лишено недостатков своего прототипа. А именно, благодаря наличию механизма ассоциативной памяти, исследуемые участки сенсорных данных сравниваются не со всеми имеющимися эталонами, а только с наиболее близкими шаблонами одного из эталонов. Другими словами, при вводе очередного участка исследуемых данных на вход блока памяти эталонов на его выходе появится шаблон, принадлежащий тому же эталону, что и ключевой. Таким образом, если в блоке памяти эталонов присутствуют шаблоны периодических сигналов, то процесс идентификации будет инвариантен к начальной фазе их появления в потоке исследуемых сенсорных данных. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4