Элементы теории биологических анализаторов - Позин Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
Шесть импульсных последовательностей, генерируемых в блоке 2, подаются на вход шести детекторов высоты, производящих предварительную оценку значений периода. Все шесть детекторов одинаковы; каждый из них представляет собой, по существу, простейшую модель нейрона. Работа детектора иллюстрируется рис. 83. Моменты времени, выделенные детектором, отмечепы точкамй На оси абсцисс, соответствующими выходным импульсам детектора. Выходные импульсы детектора имеют одинаковую амплитуду. После каждого срабатывания детектора имеется
некоторый интервал («период абсолютной рефрактерности»), во время которого детектор нечувствителен к входным импульсам. Далее следует «период относительной рефрактерности», во время которого порог детектора экспоненциально снижается. Если амплитуда входного импульса превысит уровень порога, происходит срабатывание детектора и вновь генерируется выходной импульс. Постоянная времени экспоненциального спада порога Р и величина абсолютного рефрактерного периода Тр зависят от усредненной оценки высотного периода рср данного
Гис. 83. Работа индивидуального детектора периода.
детектора. Величина рср вычисляется по следующей итеративной формуле:
Рср (к) = 2-[Рор(& - 1)4"РнОв]! (7.10)
где рнов — последняя оценка высотного периода (интервал между двумя последними выходными импульсами данного детектора), рср (к) — текущая усредненная оценка высотного периода, Рср (к— 1) — «предыдущая» (имевшаяся в момент предшествующего импульса) усредненная оценка. В момент детектирования нового пика значение рср изменяется в соответствии с (7.10). Значения рср ограничиваются интервалом 4 мс^ рср <; 10 мс. Величины Гр и р вычисляются следующим образом:
Гр = 0,4рср> Р — Рср/0,695.
Ограничение зпачений рср служит для того, чтобы детектор не реагировал как на слишком быстрые (высокочастотный шум)г так и на слишком медленные (пауза между сигналами) изменения формы волны. Диапазон изменения рср и значения констант подбираются эмпирически.
Окончательное вычисление высотного периода производится в блоке 4. В произвольный момент t0 оценка периода осуществляется следующим образом.
1. Формируется матрица Р размерности 6x6, состоящая из предварительных оценок периода. Столбцы матрицы соответствуют номерам детекторов. В первых трех строках представлены три последних (к моменту t0) оценки периода (временные интервалы между выходными импульсами детектора). Числа, стоящие в четвертой строке, есть сумма чисел первой и второй строк соот-
ветствующего столбца; пятая строка образуется суммированием чисел второй и третьей строк; наконец, в шестой строке представлена сумма чисел первых трех строк. Способ образования матрицы иллюстрируется рис. 84. Последние три строки матрицы образованы потому, что временные интервалы между импульсами некоторых детекторов иногда отражают вторую или третью гармонику сигнала; в этом случае элементы одной из последних трех строк совпадают с истинным значением периода, и тем самым производится некоторая коррекция оценки данного детектора.
P,rP«*Pa*P,s
РчгР,г+Ря ^1
I
Рп-Р,,*\Ре
Л.
Р& РгГ ^22* Рг:
I Рд~ Pp.i
' Р?Ь~ Pz2 _ '
Рп '-22 Pz!
Д1
Л2
N°№ Ветскторо1
/ 2 3 4 5 s
Pit Pit Pit P,„ Ps, Pet
Ptz Ря. Pa Р» P$? Pgg
Pt3 Р?л Pn Phi Pts ffa
Pn Pz- >'r, Pu Psm P$H
P,s p. t vi n PC5
'~S3
Pt. Pa As P* p„ Pss
*•«
Гис. 84. Иллюстрация работы блока 4.
2. Каждый из элементов первой строки сравнивается с остальными 35 элементами матрицы и подсчитывается степень совпадения. То значение рц (i — 1, 2, . . ., 6), которое наилучшим образом согласуется с остальными 35 элементами матрицы (имеет наивыс-тую степень совпадения), объявляется окончательной оценкой высотного периода.
Поясним детальнее определение степени совпадения. Как указано выше, кандидатами, из которых производится окончательный выбор периода, являются наиболее «свежие» (последние по времени) оценки периода pjV (Эти оценки располагаются в первой строке матрицы Р.) Пусть р,г (/ фиксировано) — один из кандидатов. Рассмотри -.1 отношения
dll =
Ю (PjV Рщ) min (pjv р[1с)
1, 1,к= 1....6.
характеризующие степень расхождения между р;1 и р^-Скажем, что элементы pjY и plh совпадают с точностью до Д, если
6&<1 + Д.
Вследствие того, что многие фрагменты реального акустического (в частности, речевого) сигнала обладают значительными вариациями последовательно замеренных оценок периода, целесообразно для определения совпадения рассматривать различные значения «окна» совпадения Д. Так, при малой вариабельности значений элементов матрицы Р разумно использовать небольшое значение Д, в противном случае значение Д необходимо увеличить. Мы используем четыре эмпирически подобранных дискретных значения Д:
Дг - 0,043; Д2 = 0,089; Д3 = 0,136 и Д4 = 0,188.
