LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Універсальні алгоритми швидких ортогональних перетворень для паралельних інформаційних технологій

Дослідити можливості високоефективного використання універсальних швидких алгоритмів дискретних ортогональних перетворень при побудові паралельних потокових та матричних процесорів.

Наукова новизна отриманих результатів

1. Удосконалено метод синтезу і синтезовано нові двокаскадні алгоритми швидкого синусного перетворення другого виду, швидкого косинусного та синусного перетворень четвертого виду, швидкого перетворення Фур’є та Хартлі дійсної послідовності.

2. Отримано універсальні алгоритми швидкого обчислення ортогональних тригонометричних перетворень, в котрих вид перетворення задається тільки значеннями фазових множників базової операції та видами перестановок елементів вхідної та вихідної послідовностей.

3. Запропоновано та досліджено варіант декомпозиції структури універсальних двокаскадних алгоритмів через універсальний блок, який реалізує обчислення тільки на одному каскаді і дає можливість суттєвого (в 1.2–1.6 раз) скорочення затрат обладнання при реалізації паралельних НВІС-процесорів.

4. Проведено структурне удосконалення алгоритмів сортування даних, що використовуються при обчисленнях ортогональних тригонометричних перетворень. Розроблено ефективні швидкі алгоритми реалізації вхідних та вихідних перестановок в отриманих універсальних алгоритмах.

5. Розвинуто алгоритмічний підхід до побудови нейронних мереж цифрової обробки сигналів, при якому структура мережі реалізує універсальний швидкий (а не безпосередній) алгоритм вирішення задачі, що зменшує кількість її ваг і прискорює процес навчання.

6. Розроблено і обгрунтовано структури нейронних мереж фільтрації сигналів, що грунтуються на швидких універсальних алгоритмах ортогональних перетворень, і забезпечують автоматичний вибір найкращого (серед структурно інваріантних) за заданим формалізованим критерієм перетворення та швидко навчаються. Експериментально показано їх переваги у швидкості навчання при побудові нейронної мережі стиску зображень.

Практичне значення отриманих результатів. Основна практична цінність синтезованих у роботі універсальних алгоритмів обчислення ДОП полягає у спрощенні розробки паралельних обчислювальних засобів цифрової обробки сигналів, включаючи штучні нейронні мережі (ШНМ). Зведення цілого класу перетворень до однієї структурно-однорідної обчислювальної структури з простою двохточковою базовою операцією, де вибір перетворення задається тільки вибором значень фазових множників базової операції повороту вектора, дозволяє спростити синтез пристроїв ЦОС. Впровадження універсального блоку, що має структуру графу алгоритму швидкого перетворення Фур’є (ШПФ) за основою два і спрощену базову операцію повороту вектора, в 1.2-1.6 раз скорочує затрати обладнання при паралельній реалізації універсальних алгоритмів та дозволяє в 1.5-2.0 рази скоротити час розробки процесорів фільтрації сигналів. При синтезі ШНМ суттєво (в десятки-сотні) раз зменшується загальна кількість її ваг, затрати обладнання на реалізацію та час навчання.

Розроблені у дисертаційній роботі алгоритми знайшли застосування при побудові паралельних інформаційних технологій обробки сигналів та зображень: у засобах аналізу мовних сигналів та зображень; у системах розпізнавання та класифікації об’єктів; при побудові засобів стиску сигналів та зображень; у засобах фільтрації сигналів інформаційно-керуючої системи.

Публікації. По темі дисертації опубліковано дев’ять наукових робіт: сім статей у фахових наукових виданнях [1-7], дві публікації в матеріалах міжнародних конференцій [8,9].

Особистий внесок пошукувача. Всі теоретичні і практичні результати, що виносяться на захист, виконані автором самостійно. У роботах, що опубліковані в співавторстві, пошукувачу належать: [1] – розробка алгоритмів надшвидкої перестановки даних; [2-4,8] - синтез та структурне удосконалення універсальних двокаскадних алгоритмів дискретних ортогональних перетворень; [5,9] – розробка структури нейронної мережі; [6] – розробка універсального алгоритму і загальної структури процесора; участь в формулюванні проблеми (задачі) в усіх наведених роботах.

Апробація роботи. Основні теоретичні і практичні результати дисертації доповідалися і обговорювалися на: Міжнародній науково-технічній конференції “Інформаційні технології та системи” (Львів,1999); Міжнародному конгресі “Проблеми інформатизації рекреаційної та туристичної діяльності в Україні: Перспективи культурного та економічного розвитку” (Львів-Трускавець, 2000); Міжнародній конференції з автоматичного управління “Автоматика - 2000 (Львів, 2000); Міжнародній конференції “Друкотех” (Львів, 2000); наукових семінарах Державного науково-дослідного інституту інформаційної інфраструктури (Львів, 1998-2001).

Структура роботи. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, списку літературних джерел з 164 найменувань, висновків і одного додатку. Зміст роботи викладений на 152 сторінках. Робота ілюструється 47 малюнками і 5 таблицями.


ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ


У вступі наведена загальна характеристика роботи, обгрунтована її актуальність, сформульована мета і задачі досліджень, а також наукова новизна і практичну цінність отриманих результатів.

У першому розділі наведено особливості застосування ДОП у типових процедурах цифрової обробки сигналів. Одновимірні ДОП: Фур’є, Хартлі, косинусні-синусні різних видів описуються виразом


, (1)


де вектори і відповідно складаються з елементів вхідної та вихідної послідовностей, , , а квадратна матриця задає коефіцієнти перетворення. При цьому існує взаємно однозначне перетворення , . Для всіх цих видів перетворень виконується умова сепарабельності (розділеності), котра дозволяє звести двовимірні перетворення до системи одновимірних.

Загалом в задачах ЦОС вибір виду перетворення є достатньо складною задачею. Його здійснюють, виходячи з необхідності забезпечення двох, суперечливих між собою вимог. По-перше, перетворення повинно забезпечувати найкраще за заданим критерієм подання сигналу в просторі образу сигналу. Наприклад, в задачах класифікації чи розпізнавання воно повинно виділяти (підкреслювати) характерні ознаки деякого об’єкту. По-друге, практична вартість перетворення визначається існуванням швидких алгоритмів та засобів виконання як прямого, так і оберненого перетворень. Окрім того, перетворення виду (1) застосовують як основний математичний апарат типових процедур ЦОС: лінійної фільтрації сигналів, обчислення кореляційних функцій, узагальненої фільтрації сигналів (кепстральний аналіз).

Відзначено, що відомі методи побудови універсальних та уніфікованих швидких алгоритмів ДОП мають недоліки. Вони не забезпечують отримання обчислювальної структури, котра би була структурно однорідною і охоплювала основні види