專利名稱：概率運(yùn)算元件、其驅(qū)動(dòng)方法和使用它的識(shí)別處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于新穎的操作原理的概率運(yùn)算元件，特別地，本發(fā)明提供一種能夠高速運(yùn)算作為識(shí)別處理所必須的運(yùn)算的矢量匹配的概率運(yùn)算元件，和使用它的識(shí)別處理裝置。
背景技術(shù)：
可看見，近些年來個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)得到普及，運(yùn)算元件在家庭內(nèi)的使用也大幅增加，不僅數(shù)值運(yùn)算，而且因特網(wǎng)、郵件和圖像處理等個(gè)人的用途的使用領(lǐng)域也增加。
但是，在能夠這樣高速運(yùn)算的PC中，對(duì)于全部的運(yùn)算并不能得到充分的速度。例如，識(shí)別人發(fā)出的聲音或者語言，或者識(shí)別攝像機(jī)所攝像的人是誰這樣的處理需要進(jìn)行龐大的運(yùn)算，所以實(shí)時(shí)(realtime)處理是困難的。
這樣的識(shí)別處理的基本內(nèi)容是，將存儲(chǔ)的聲音或者面孔等信息矢量化存儲(chǔ)，將輸入信息同樣矢量化，檢測(cè)它們的近似度，進(jìn)行哪個(gè)是最接近這樣的運(yùn)算。這樣的矢量比較處理是聯(lián)想存儲(chǔ)或者矢量量子化、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)等的圖形識(shí)別，或者數(shù)據(jù)壓縮等寬廣的信息處理中能夠使用的基本處理。
這樣的矢量比較中任何一種的用途都需要龐大的運(yùn)算量，另外在已有的PC為代表的諾伊曼型計(jì)算機(jī)中，在原理上，如果還沒有結(jié)束全部的矢量比較運(yùn)算，就不能提取出哪個(gè)是最近，結(jié)果非常需要時(shí)間。
另一方面，人們能夠毫不費(fèi)力地立即進(jìn)行這些識(shí)別處理。由此考慮到，通過創(chuàng)造出與已有的計(jì)算機(jī)不同的處理原理的計(jì)算機(jī)，來高速進(jìn)行這些處理，補(bǔ)充已有的計(jì)算機(jī)。
作為基于這樣新穎的運(yùn)算原理的運(yùn)算元件的一個(gè)例子，可舉出特開2001-313386號(hào)公報(bào)中所記載的“信息處理構(gòu)造體”。
圖40是示意性表示該已有的運(yùn)算元件的構(gòu)造的斜視圖。如圖40所示，在該已有的運(yùn)算元件220中，配置電源電極214，使得與細(xì)微的MISFET211的柵電極212相對(duì)，在兩電極212，214之間形成納米級(jí)大小的多個(gè)量子點(diǎn)213，221。具體地說，在柵電極212的寬度方向(柵寬度方向)以一定的間距配置一對(duì)信息電極222，在各對(duì)信息電極222之間列狀配置多個(gè)量子點(diǎn)221。符號(hào)301表示配置信息電極222和量子點(diǎn)221的假想平面。在配置成該列狀的量子點(diǎn)221和柵電極212之間還配置量子點(diǎn)213。通過這樣，在各量子點(diǎn)221和柵電極212之間形成電子可直接通過的能壘。
圖41(a)，(b)是表示該現(xiàn)有的運(yùn)算元件220的運(yùn)算原理的等價(jià)電路的示意圖。
在圖41(a)，(b)中，對(duì)各對(duì)信息電極222輸入分別與輸入圖案(輸入矢量)和參照?qǐng)D案(參照矢量)對(duì)應(yīng)的電壓。這些電壓是取1和0這兩個(gè)值中的任何一個(gè)的數(shù)字電壓。如果這樣的電壓分別輸入到夾著量子點(diǎn)221的各對(duì)信息電極222，就通過由各對(duì)信息電極222確定的電位，概率地產(chǎn)生電子停留在中央附近(圖41(a))或者移動(dòng)(圖41(b))，由此MISFET(金屬絕緣場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的漏極電流變化。
而且，通過連續(xù)觀測(cè)漏極電流，與時(shí)間一起提高了概率，所以能夠得到接近嚴(yán)密的運(yùn)算結(jié)果的解。
但是，上述現(xiàn)有的運(yùn)算元件220，由于第一使用了量子點(diǎn)213，221，首先必須等待量子點(diǎn)213，221的制造工藝的確立，需要現(xiàn)在的半導(dǎo)體工藝技術(shù)之外的技術(shù)，這一點(diǎn)是煩雜的。
另外，在矢量的比較中，是所謂的2值信息比較，所以求出加重平均距離是有效的，但是具有在實(shí)際的信息處理中計(jì)算頻繁使用的曼哈頓距離(差的絕對(duì)值)等是困難的這樣的問題。
此外，在上述現(xiàn)有的運(yùn)算元件220中，對(duì)各對(duì)信息電極222輸入與比較的2個(gè)矢量(輸入矢量和參照矢量)的各個(gè)要素(源)對(duì)應(yīng)的電壓，各對(duì)信息電極222中各個(gè)要素的差分運(yùn)算是模擬的且概率地進(jìn)行，其各個(gè)要素的差分的總和作為MISFET211的漏極電流而表現(xiàn)。而且，根據(jù)該漏極電流的大小來判斷2個(gè)矢量的差異，換句話說是近似度。因此，這樣比較的矢量的要素多，需要高精度檢測(cè)漏極電流，具有近似度的判斷是困難的這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于，提供一種利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體加工技術(shù)能制造的概率運(yùn)算元件，其驅(qū)動(dòng)方法和使用它的識(shí)別處理裝置。
本發(fā)明的第二目的在于，提供一種能夠運(yùn)算曼哈頓距離的概率運(yùn)算元件，其驅(qū)動(dòng)方法和使用它的識(shí)別處理裝置。
本發(fā)明的第三目的在于，提供一種既使比較的矢量的要素多，也能容易地判斷近似度的概率運(yùn)算元件，其驅(qū)動(dòng)方法和使用它的識(shí)別處理裝置。
然后，為了實(shí)現(xiàn)這些目的，本發(fā)明的概率運(yùn)算元件具有輸出具有波動(dòng)的模擬量的波動(dòng)發(fā)生器；波動(dòng)差分運(yùn)算部件，輸出將所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出增加到2個(gè)數(shù)據(jù)的模擬的差分的波動(dòng)差分?jǐn)?shù)據(jù)；通過閾值處理所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件的輸出來輸出脈沖的閾值處理器；和檢測(cè)從所述閾值處理器輸出的脈沖的脈沖檢測(cè)部件。如按照這樣的構(gòu)成，由于運(yùn)算2個(gè)數(shù)據(jù)的模擬差分，所以能夠運(yùn)算曼哈頓距離。另外，由于閾值處理對(duì)2個(gè)數(shù)據(jù)的模擬差分增加了波動(dòng)的波動(dòng)差分?jǐn)?shù)據(jù)，輸出脈沖，所以能夠高速運(yùn)算2個(gè)數(shù)據(jù)的差。另外，由于能夠以現(xiàn)有的電路元件來構(gòu)成，所以能夠利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體加工技術(shù)來制造。
所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件還可以具有運(yùn)算模擬的所述2個(gè)數(shù)據(jù)的差分的距離運(yùn)算器；將所述距離運(yùn)算器的輸出和所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出相加的加法器。
所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件還可以具有將模擬的所述2個(gè)數(shù)據(jù)的一個(gè)和所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出相加的加法器；運(yùn)算所述加法器的輸出和模擬的所述2個(gè)數(shù)據(jù)的另一個(gè)的差分的距離運(yùn)算器。
所述脈沖檢測(cè)部件還可以具有對(duì)所述脈沖計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器。如按照這樣的構(gòu)成，能夠通過脈沖數(shù)更高精度地檢測(cè)2個(gè)數(shù)據(jù)的差。
所述脈沖檢測(cè)部件還可以具有對(duì)所述脈沖的寬度進(jìn)行積分的積分器。如按照這樣的構(gòu)成，如僅有脈沖數(shù)也能夠檢測(cè)其寬度，所以能夠更高精度地檢測(cè)2個(gè)數(shù)據(jù)的差。
所述2個(gè)數(shù)據(jù)可以是表示2個(gè)矢量的各個(gè)要素的要素?cái)?shù)據(jù)。
所述2個(gè)矢量是從外部輸出的參照矢量和輸入矢量，具有與所述參照矢量和輸入矢量的要素對(duì)應(yīng)的多個(gè)概率運(yùn)算電路，各個(gè)所述概率運(yùn)算電路具有用于存儲(chǔ)所述輸入的參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器；所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件，輸出對(duì)存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)和所述輸入的輸入矢量的要素?cái)?shù)據(jù)的模擬差分增加所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出后的波動(dòng)差分?jǐn)?shù)據(jù)；和所述閾值處理器，所述脈沖檢測(cè)部件可以檢測(cè)從所述多個(gè)所述概率運(yùn)算電路輸出的脈沖。如按這樣的構(gòu)成，由于并聯(lián)地進(jìn)行矢量要素間的差的運(yùn)算，所以能夠高速檢測(cè)輸入矢量和參照矢量的距離，即所謂的近似度。而且，輸入矢量和參照矢量的要素間的差以脈沖輸出，輸入矢量和參照矢量的近似度作為其脈沖總和來檢測(cè)，所以即使比較對(duì)象的矢量要素多，也能夠容易地判斷近似度。
所述多個(gè)概率運(yùn)算電路的脈沖輸出端，互相并列連接到一端與所述脈沖檢測(cè)部件連接的共同布線上，在所述共同的布線的、與所述多個(gè)概率運(yùn)算電路的脈沖輸出端的連接部之間的部分，可分別設(shè)置延遲電路。如按照這樣的構(gòu)成，即使從各個(gè)概率運(yùn)算電路以相同的定時(shí)輸出脈沖，也能夠更高精度地檢測(cè)脈沖的總和。
也可以具有多個(gè)包括所述多個(gè)概率運(yùn)算電路和所述脈沖檢測(cè)部件的矢量列比較電路。如按照這樣的構(gòu)成，能夠?qū)⑤斎胧噶恳淮闻c多個(gè)參照矢量進(jìn)行比較。
所述存儲(chǔ)器是模擬存儲(chǔ)器，模擬的所述參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)也可以存儲(chǔ)到所述模擬存儲(chǔ)器中。如按照這樣的構(gòu)成，能夠預(yù)先寫入?yún)⒄帐噶?，將輸入矢量與其進(jìn)行比較。
所述模擬存儲(chǔ)器具有強(qiáng)電介質(zhì)電容器與柵電極連接的源極輸出器電路，模擬的所述參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)可輸入并且存儲(chǔ)到所述強(qiáng)電介質(zhì)電容器中。
在所述源極輸出器電路的柵電極，還可以連接常電介質(zhì)電容器。如果按照這樣的構(gòu)成，由于能夠?qū)⒃礃O輸出器電路的尺寸形成為與周邊電路的尺寸相等，所以容易制造。
所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件具有將所述2個(gè)數(shù)據(jù)的模擬的差分或者模擬的所述2個(gè)數(shù)據(jù)的一個(gè)和所述波動(dòng)發(fā)生電路的輸出進(jìn)行相加的加法器，所述加法器具有第一和第二電容器并列連接到柵電極的源極輸出器電路，對(duì)所述第一電容器，輸入所述波動(dòng)發(fā)生電路的輸出，對(duì)所述第二電容器，可輸入所述兩個(gè)數(shù)據(jù)的模擬的差分或者模擬的所述兩個(gè)數(shù)據(jù)的一個(gè)。
所述加法器的源極輸出器電路的柵電極也可以通過開關(guān)元件與接地端子連接。如按這樣的構(gòu)成，能夠除去源極輸出器電路的柵電極的電荷。
所述計(jì)數(shù)器可以是脈動(dòng)計(jì)數(shù)器。如按照這樣的構(gòu)成，不僅能夠簡(jiǎn)單地計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，而且能將脈動(dòng)計(jì)數(shù)器的高位比特作為標(biāo)記，由此能夠容易地將前面確立了標(biāo)記的矢量列確定。
所述波動(dòng)也可以是無序波動(dòng)。
所述波動(dòng)也可以是增大噪音得到的波動(dòng)。
所述波動(dòng)發(fā)生器，可產(chǎn)生周期的輸出，作為具有波動(dòng)的輸出，而且所述周期的輸出的一個(gè)周期的輸出的直方圖值基本上相等。
所述距離運(yùn)算器具有減法元件，所述減法元件具有與柵電極并列的兩個(gè)電容器連接的源極輸出器電路，而且所述兩個(gè)電容器的電容是相等的C1，構(gòu)成所述源極輸出器電路的NMIS和PMIS的電容分別是CN，CP，在向所述源極輸出器電路輸入電壓時(shí)，從低電壓側(cè)的電壓源的電位開始上升電位的電壓是VLOW時(shí)，通過公式Vz＝VLOW/[2C1/(2C1+CN+CP)]來運(yùn)算電壓Vz，而且所述兩個(gè)數(shù)據(jù)分別由電壓表示且其電壓為Va和Vb時(shí)，將V1＝Vz-Va的電壓和V2＝Vz+Vb的電壓分別對(duì)不與所述兩個(gè)電容器的源極輸出器電路的柵電極連接的電極施加，由此在Va-Vb的運(yùn)算中，在Va≥Vb的情況下實(shí)行減法。
所述距離運(yùn)算器具有兩個(gè)所述減法元件，在所述兩個(gè)數(shù)據(jù)分別是Vin、Vref時(shí)，在所述兩個(gè)減法元件的一個(gè)得到輸出VM1作為Va＝Vin，Vb＝Vref，在所述兩個(gè)減法元件的另一個(gè)得到輸出VM2作為Va＝Vref，Vb＝Vin，而且通過將電壓VM1和VM2向所述加法器輸入，可運(yùn)算Vin和Vref的差的絕對(duì)值。
所述閾值處理器也可以由CMIS逆變器來構(gòu)成。
在所述閾值處理器之前可設(shè)置開關(guān)元件。
還可以具有檢測(cè)所述閾值處理器的電源供給布線的電流的電流檢測(cè)器；基于所述電流檢測(cè)器的輸出，控制所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出的波動(dòng)發(fā)生器控制電路。如果按照這樣的構(gòu)成，通過檢查是否發(fā)生脈沖，對(duì)應(yīng)于該結(jié)果調(diào)整波動(dòng)，能夠有效率且高精度地進(jìn)行概率運(yùn)算。
所述波動(dòng)發(fā)生器控制電路，在通過所述電流檢測(cè)器檢測(cè)出的電流比規(guī)定值小的情況下，可增加所述波動(dòng)發(fā)生器的波動(dòng)幅度。
所述波動(dòng)發(fā)生器控制電路，在通過所述電流檢測(cè)器檢測(cè)的電流比規(guī)定值小的情況下，對(duì)所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出，也可附加正或負(fù)的偏壓，使得其平均值接近所述閾值處理器的閾值。
另外，本發(fā)明的概率運(yùn)算元件的驅(qū)動(dòng)方法，具有與從外部輸入的參照矢量和輸入矢量的要素對(duì)應(yīng)的多個(gè)概率運(yùn)算電路；脈沖檢測(cè)部件；具有所述多個(gè)概率運(yùn)算電路和所述脈沖檢測(cè)部件的規(guī)定數(shù)的矢量列比較電路，各個(gè)所述概率運(yùn)算電路具有輸出具有波動(dòng)的模擬量的波動(dòng)發(fā)生器；用于存儲(chǔ)所述輸入的參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器；波動(dòng)差分運(yùn)算部件，輸出對(duì)存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)和所述輸入的輸入矢量的要素?cái)?shù)據(jù)的模擬差分增加所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出的波動(dòng)差分?jǐn)?shù)據(jù)；和閾值處理器，通過閾值處理所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件的輸出來輸出脈沖，所述脈沖檢測(cè)部件，檢測(cè)從所述多個(gè)概率運(yùn)算電路的閾值處理器輸出的脈沖，通過這樣，檢測(cè)所述輸入矢量和所述參照矢量的距離，在所述矢量列比較電路的列數(shù)比參照矢量的列數(shù)少的情況下，提取出k個(gè)(k是自然數(shù))與所述輸入矢量的距離近的所述參照矢量時(shí)，將所述矢量列比較電路的列數(shù)以下的數(shù)的所述參照矢量寫入所述矢量列比較電路的多個(gè)概率運(yùn)算電路的存儲(chǔ)器中，從該寫入的參照矢量中提取所述高位k個(gè)參照矢量，接著，向提取出該參照矢量的矢量列比較電路以外的矢量列比較電路，寫入剩余的所述參照矢量的至少一部分，進(jìn)行所述提取。如按照這樣的構(gòu)成，既使在矢量列比較電路的列數(shù)比參照矢量的列數(shù)少的情況下，也能夠高速地提取出規(guī)定數(shù)的與輸入矢量的距離近的參照矢量，通過這樣，能夠修正元件數(shù)的有限性。
可以進(jìn)一步重復(fù)所述參照矢量的寫入和所述提取操作。
另外，本發(fā)明的識(shí)別處理裝置，具有如權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件；特征提取電路，提取從外部輸入的識(shí)別對(duì)象信息的特征，將該提取的特征作為所述輸入矢量輸入所述概率運(yùn)算元件；和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)將所述識(shí)別對(duì)象信息的特征矢量化的參照矢量組，所述概率運(yùn)算元件，通過從存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的參照矢量組中確定與所述輸入矢量對(duì)應(yīng)的參照矢量，來識(shí)別識(shí)別對(duì)象信息。如按照這樣的構(gòu)成，概率運(yùn)算元件高速地進(jìn)行矢量的比較運(yùn)算，所以能夠高速進(jìn)行識(shí)別處理。
所述識(shí)別對(duì)象信息可以是聲音。
所述參照矢量組，由聲音的特征量配置成時(shí)間系列的矢量組構(gòu)成，而且具有對(duì)人們來說認(rèn)為是相同的聲音的特征量相互以時(shí)間系列錯(cuò)開配置的多列矢量。
所述識(shí)別對(duì)象信息可以是圖像。
所述參照矢量組也可以由對(duì)人們來說認(rèn)為是相同的但數(shù)值不同的圖像的特征量矢量化后的矢量組構(gòu)成的。
所述對(duì)人們來說認(rèn)為相同的圖像是人的部位，所述數(shù)值不同的圖像特征量可以是所述人的部位間的距離。
所述識(shí)別對(duì)象信息是人的行動(dòng)，可以輸出所述識(shí)別過的行動(dòng)。
所述參照矢量組可以由將人的活動(dòng)信息數(shù)值化的數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化的矢量組構(gòu)成。
對(duì)所述輸出的行動(dòng)的反應(yīng)是好意的情況下，改變?cè)搮⒄帐噶恐档闹辽僖徊糠?，使得與所述輸出的行動(dòng)對(duì)應(yīng)的參照矢量容易選擇，在所述反應(yīng)是否定的情況下，可改變?cè)搮⒄帐噶康闹档闹辽僖徊糠郑沟门c所述輸出的行動(dòng)對(duì)應(yīng)的參照矢量難于選擇。
所述活動(dòng)信息可包含下列中的至少一個(gè)電器件的操作歷史、紅外線傳感器輸出、室溫傳感器輸出、溫度傳感器輸出、體溫傳感器輸出、腦電波傳感器輸出、脈搏傳感器輸出、視線傳感器輸出、發(fā)汗傳感器輸出、筋電位傳感器輸出、日期信息、星期信息、和識(shí)別處理裝置的輸出。
本發(fā)明的上述目的、其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)參照附圖的下面的適當(dāng)實(shí)施方式的詳細(xì)說明可明白。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的概率運(yùn)算元件的構(gòu)成的電路圖。
圖2是表示圖1的波動(dòng)發(fā)生器的構(gòu)成例子的方框圖。
圖3是表示圖1的計(jì)數(shù)器的構(gòu)成例子的電路圖。
圖4是更詳細(xì)地表示圖1的概率運(yùn)算電路的構(gòu)造的方框圖。
圖5是表示圖4的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部的構(gòu)成例子的方框圖。
圖6是表示本實(shí)施方式的模擬存儲(chǔ)器單元陣列的構(gòu)成的一個(gè)例子的電路圖。
圖7是表示圖5的模擬存儲(chǔ)器的第一構(gòu)成例子的電路圖。
圖8是表示圖5的模擬存儲(chǔ)器所使用的源極輸出器電路的輸入-輸出特性的曲線圖。
圖9是表示圖5的模擬存儲(chǔ)器的第二構(gòu)成例子的電路圖。
圖10是表示圖7和圖9的強(qiáng)電介質(zhì)電容器的磁滯特性的曲線圖。
圖11是表示構(gòu)成圖1的距離運(yùn)算器的運(yùn)算元件的構(gòu)成的一個(gè)例子的電路圖。
圖12是表示構(gòu)成圖11的運(yùn)算元件的源極輸出器電路的輸入-輸出特性的曲線圖。
圖13是表示參照矢量電壓是1[V]的情況下VSS＝0[V]、VDD＝1[V]且α＝0.45時(shí)減法元件的輸入-輸出特性的曲線圖。
圖14是表示圖13的情況下的其它減法元件的輸入-輸出特性的曲線圖。
圖15是表示應(yīng)用圖13和圖14所示的減法元件的特性來進(jìn)行絕對(duì)值運(yùn)算的電路之構(gòu)成的電路圖。
圖16是表示圖4的距離運(yùn)算器的輸入-輸出特性的曲線圖。
圖17是表示圖4的加法器的構(gòu)成例子的電路圖。
圖18是表示圖4的閾值處理器的構(gòu)成例子的電路圖。
圖19是表示圖1的波動(dòng)發(fā)生器的輸出的曲線圖。
圖20是表示在參照矢量電壓和輸入矢量電壓的差比較大的情況下加法器的輸出的一部分的曲線圖。
圖21是表示來自加法器的圖20所示的輸出被輸入的情況下的閾值處理器的輸出的曲線圖。
圖22是表示在參照矢量電壓和輸入矢量電壓的差小的情況下來自加法器的輸出的一部分的曲線圖。
圖23是表示來自加法器的圖22所示的輸出被輸入的情況下的閾值處理器的輸出的曲線圖。
圖24是表示將參照矢量數(shù)據(jù)和輸入矢量數(shù)據(jù)的近似度作為參數(shù)來表示相對(duì)波動(dòng)電壓的波動(dòng)次數(shù)的脈沖發(fā)生數(shù)的曲線圖。
圖25是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的概率運(yùn)算元件的概率運(yùn)算電路的方框圖。
圖26是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的概率運(yùn)算元件的概率運(yùn)算電路的方框圖。
圖27是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的概率運(yùn)算元件的減法元件的構(gòu)成例子的電路圖。
圖28是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的概率運(yùn)算元件的概率運(yùn)算電路的方框圖。
圖29是表示本發(fā)明的實(shí)施方式6的概率運(yùn)算元件的構(gòu)成的電路圖。
圖30是表示圖29的積分器的構(gòu)成例的電路圖。
圖31是表示本發(fā)明的實(shí)施方式7的概率運(yùn)算元件的閾值處理器的構(gòu)成的電路圖。
圖32是表示施加高的偏置電壓時(shí)的波動(dòng)發(fā)生器的輸出的曲線圖。
圖33是表示從圖32的狀態(tài)慢慢降低偏置電壓時(shí)的波動(dòng)發(fā)生器的輸出的曲線圖。
圖34是表示本發(fā)明的實(shí)施方式8的概率運(yùn)算元件的波動(dòng)發(fā)生器的輸出的曲線圖。
圖35是示意性表示本發(fā)明的實(shí)施方式9的聲音識(shí)別裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖36是說明本發(fā)明的實(shí)施方式10的存儲(chǔ)在聲音識(shí)別裝置的存儲(chǔ)器中的參照矢量數(shù)據(jù)組的特征的圖。
圖37是示意性表示實(shí)施方式11的圖像識(shí)別裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖38是表示識(shí)別人的面孔的情況下的特征量的示意圖。
圖39是表示本實(shí)施方式的行動(dòng)識(shí)別裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖40是示意性表示現(xiàn)有的運(yùn)算元件的構(gòu)造的斜視圖。
圖41(a)、(b)是以等價(jià)電路來表示圖40的已有的運(yùn)算元件的運(yùn)算原理的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
實(shí)施方式1圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的概率運(yùn)算元件的構(gòu)成的電路圖。
本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件1是這樣的元件將能夠改變對(duì)應(yīng)于輸入矢量和參照矢量的2個(gè)矢量的對(duì)應(yīng)的要素間的距離而發(fā)生的脈沖數(shù)或者脈沖寬度的矢量列比較電路Cn作為基本單元，對(duì)于相同的矢量列，計(jì)數(shù)來自基本單元的脈沖輸出，由此并列地高速運(yùn)算矢量間的距離。
特別在本實(shí)施方式中，例示了這種情況，為了得到來自基本單元的脈沖輸出，例如重疊無序地看到的隨機(jī)信號(hào)。而且，在本實(shí)施方式中，說明了使用電壓作為表示矢量數(shù)據(jù)的物理量的情況。另外，關(guān)于矢量間不同的距離，說明了曼哈頓距離的情況。即，說明了將矢量要素的差的絕對(duì)值作為距離來運(yùn)算的情況。
在圖1中，概率運(yùn)算元件1具有矢量列比較電路Cp；輸入電壓輸出器13；波動(dòng)發(fā)生器15；計(jì)數(shù)值獲得器19；標(biāo)記檢測(cè)器17。
矢量列比較電路Cp設(shè)置m列(在本實(shí)施方式中，例如1000列)。下面，在特定指出y(y是1～m的自然數(shù))列矢量列比較電路Cp的情況下，附加額外的字母y表示為Cpy，在指任意矢量列比較電路Cp的情況下，不附加額外的字母表示為Cp。
各個(gè)矢量列比較電路Cp具有n個(gè)(在本實(shí)施方式中，例如14個(gè))概率運(yùn)算電路Cc；延遲電路7；開關(guān)S；計(jì)數(shù)器Ct。一個(gè)矢量列比較電路Cp中的概率運(yùn)算電路Cc對(duì)應(yīng)于應(yīng)該比較的矢量的要素來設(shè)置。因此，利用該概率運(yùn)算元件1能夠比較具有2個(gè)以上n個(gè)以下的要素的矢量。而且，如后面所述，在矢量列比較電路Cp1～Cpm的整體寫入m個(gè)輸入矢量，將寫入某矢量列比較電路Cp的輸入矢量稱為矢量列。
概率運(yùn)算電路Cc，在m列矢量列比較電路Cp的整體中，配置成n行m列矩陣狀，所以如圖1所示，一個(gè)矢量列比較電路Cp由行確定，在特指x(x是1～n的自然數(shù))行的概率運(yùn)算電路Cc的情況下，附加額外的字母x來表示為Ccx，在指任意的概率運(yùn)算元件Cc的情況下，不附加額外的字母表示為Cc。另外，在特指y列開關(guān)S和計(jì)數(shù)器Ct的情況下，分別附加額外的字母y表示為Sty和Cty，在指任意的開關(guān)S和計(jì)數(shù)器Ct的情況下，不附加額外的字母表示為S和Ct。
延遲電路7例如由逆變器構(gòu)成。而且，相鄰的概率運(yùn)算電路Cc的輸出端子通過延遲電路7相互連接，最終行的概率運(yùn)算電路Ccn輸出端子通過開關(guān)S與計(jì)數(shù)器Ct連接。
輸入電壓輸出器13分別將由輸入矢量和參照矢量的要素構(gòu)成的輸入數(shù)據(jù)變換成電壓，將它們分別輸出到矢量要素的每個(gè)、與該要素對(duì)應(yīng)的概率運(yùn)算電路Cc1～Ccn。輸入電壓輸出器13利用后面的公式來計(jì)算輸入數(shù)據(jù)并且輸出。
波動(dòng)發(fā)生器15具有輸出具有波動(dòng)的電壓(下面稱為波動(dòng)電壓)的功能，將它們分別輸出到整列矢量列比較電路Cp1～Cpm的整行的概率運(yùn)算電路Cc1～Ccn。
利用各個(gè)矢量列比較電路Cp，概率運(yùn)算電路Cc1～Ccn分別輸出后面描述的脈沖。從該概率運(yùn)算電路Cc1～Ccn輸出的脈沖，通過延遲電路7，調(diào)整為相互不重復(fù)。即，開關(guān)S是接通(On)狀態(tài)時(shí)，某波動(dòng)電壓向矢量列比較電路Cp輸入，由此，既使在全行概率運(yùn)算電路Cc1～Ccn輸出脈沖的情況下，向計(jì)數(shù)器Ct以規(guī)定的間隔輸入n個(gè)(在本實(shí)施方式中是14個(gè))脈沖列。
計(jì)數(shù)器Ct計(jì)數(shù)該脈沖數(shù)。在本實(shí)施方式中，作為計(jì)數(shù)器Ct，使用例如后面描述的使用D觸發(fā)器的非同步脈動(dòng)計(jì)數(shù)器。
計(jì)數(shù)器Ct例如向標(biāo)記檢測(cè)器17輸出該最上位比特。通過這樣，標(biāo)記檢測(cè)器17能夠檢測(cè)屬于全部的矢量列比較電路Cp1～Cpm的計(jì)數(shù)器Ct1～Ctm中的達(dá)到最初規(guī)定的計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器Ct1～Ctm，進(jìn)而檢測(cè)矢量列比較電路Cp1～Cpm。通過這樣，能夠高速提取出輸入矢量中的與參照矢量的近似度為規(guī)定程度以上高的輸入矢量。
另一方面，計(jì)數(shù)器Ct的計(jì)數(shù)向計(jì)數(shù)值獲得器19輸出，計(jì)數(shù)值獲得器19獲得全部的矢量列比較電路Cp1～Cpm的輸出。
在與其要求精度還不如要求直到解的輸出時(shí)間短的情況下，例如，利用未圖示的比較器來比較通過計(jì)數(shù)值獲得器19獲得的各個(gè)矢量列比較電路Cp1～Cpm的計(jì)數(shù)，通過這樣，使得順序提取與參照矢量的近似度高的輸入矢量。與概率運(yùn)算電路Cc相比，矢量列比較電路Cp的數(shù)量絕對(duì)地少，所以這樣的比較既使利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)也能夠非常高速地進(jìn)行。
下面，說明本實(shí)施方式的構(gòu)成概率運(yùn)算元件的單獨(dú)元件的構(gòu)成例子。
圖2是表示圖1的波動(dòng)發(fā)生器15的構(gòu)成例子的方框圖。
如圖2所示，波動(dòng)發(fā)生器15具有運(yùn)算器21和延遲電路23。本發(fā)明的波動(dòng)是模擬量(物理量)的不規(guī)則或者規(guī)則的變動(dòng)，滿足下面的條件。在不規(guī)則變動(dòng)的情況下，對(duì)于該變動(dòng)的模擬量的平均值，需要在時(shí)間軸上實(shí)質(zhì)不存在偏離。在規(guī)則變動(dòng)的情況下，周期變動(dòng)的變動(dòng)幅度以規(guī)定的周期變動(dòng)，對(duì)于該周期地變動(dòng)的模擬量的該規(guī)定周期內(nèi)的平均值，需要在時(shí)間軸上實(shí)質(zhì)上不存在偏離。在下面，說明不規(guī)則波動(dòng)，利用實(shí)施方式8來說明規(guī)則的波動(dòng)。
這樣的發(fā)生波動(dòng)的電路，近些年來，對(duì)隨機(jī)數(shù)發(fā)生電路或無序發(fā)生電路等進(jìn)行了廣泛的研究，例如能夠使用下面所記載的Morie等的無序發(fā)生電路等IEEE Transactions on Circuits and Systems-IFundamental theory and applications，Vol.47，No.11，November 2000，pp.1652-1657，“CMOS circuits generating arbitrary chaos by usingpulsewidth modulation techniques”。
對(duì)混亂已報(bào)告了幾種，但是圖2表示了發(fā)生邏輯混亂的構(gòu)成例子。圖2的運(yùn)算器21對(duì)輸入矢量數(shù)據(jù)x(t)按照下面的公式來進(jìn)行運(yùn)算。
x(t+1)＝a·x(t)·[1-x(t)]…(1)這里a是常數(shù)，例如是3.96。在某時(shí)刻輸入電壓V為x(t)，根據(jù)公式(1)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算的結(jié)果是輸出電壓x(t+1)。此外，該x(t+1)通過延遲電路23成為下一步的輸入，由此能夠產(chǎn)生無序波動(dòng)的電壓。
而且，雖然沒有圖示，但既使不使用這樣的無序發(fā)生電路，例如增大在半導(dǎo)體基板上產(chǎn)生的熱噪聲也能夠同樣得到隨機(jī)電壓。
圖3是表示圖1的計(jì)數(shù)器Ct的構(gòu)成例子的電路圖。
在圖3中，符號(hào)25表示D觸發(fā)器。在本實(shí)施方式中，計(jì)數(shù)器Ct使用所謂的D觸發(fā)器，由非同步計(jì)數(shù)器構(gòu)成。如電壓脈沖Vpul輸入到計(jì)數(shù)器Ct，二進(jìn)制的D0、D1……Dn的高(high)輸出進(jìn)行切換。這里，例如如果想檢測(cè)達(dá)到最大計(jì)數(shù)的矢量列，將Dn的輸出與標(biāo)記檢測(cè)器17連接，可檢測(cè)最初Dn為高(high)的矢量列。另外，在想從全部的矢量列中提取多個(gè)接近參照矢量的情況下，在標(biāo)記檢測(cè)器17，可經(jīng)常計(jì)數(shù)為高(high)的標(biāo)記數(shù)。
另外將最上位比特(位)不作為標(biāo)記，進(jìn)而如檢測(cè)下位比特的輸出，概率的標(biāo)記更早地為高(high)，能夠提高運(yùn)算速度。
而且，如前面所述，既使不使用這樣的標(biāo)記檢測(cè)17，也可以通過計(jì)數(shù)值獲得器19獲得計(jì)數(shù)，利用未圖示的比較器來比較。
圖4是更詳細(xì)表示圖1的概率運(yùn)算電路Cc的構(gòu)造的方框圖。
在圖4中，概率運(yùn)算電路Cc具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部41；距離運(yùn)算器43；加法器45；閾值處理器47。而且，距離運(yùn)算器43和加法器45構(gòu)成波動(dòng)差分運(yùn)算部件401。對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部41，通過未圖示的布線來寫入1個(gè)參照矢量數(shù)據(jù)(正確來說是參照矢量要素的數(shù)據(jù))。距離運(yùn)算器43輸出與從輸入電壓輸出器13輸出的輸入矢量數(shù)據(jù)(正確來說是輸入矢量要素?cái)?shù)據(jù))和存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部41的輸入矢量數(shù)據(jù)的差的絕對(duì)值成比例的電壓。加法器45輸出與距離運(yùn)算器43的輸出和波動(dòng)發(fā)生器15的輸出之和的大小成比例的電壓，即輸出重疊電壓。
這里，本發(fā)明的加法，是這樣運(yùn)算與多個(gè)模擬量的和成比例的模擬量。
閾值處理器47對(duì)加法器45的輸出進(jìn)行閾值處理。如圖1所示那樣，閾值處理器47的輸出直接或者通過延遲電路7向開關(guān)9輸出。
圖5是表示圖4的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部41的構(gòu)成例子的方框圖。在圖5中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部41具有運(yùn)算、D/A變換器53；開關(guān)55；模擬存儲(chǔ)器57。符號(hào)51表示數(shù)字參照矢量數(shù)據(jù)(正確來說是參照矢量要素?cái)?shù)據(jù))。該參照矢量數(shù)據(jù)，例如存儲(chǔ)在DRAM或者閃速存儲(chǔ)器中，此外存儲(chǔ)到硬盤等外部存儲(chǔ)裝置等中。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部41，對(duì)于數(shù)字參照矢量數(shù)據(jù)51，在運(yùn)算、D/A變換器53利用數(shù)字地進(jìn)行后面描述的簡(jiǎn)單的運(yùn)算，同時(shí)，將它們變換成利用物理量(在本實(shí)施方式中是電壓)表示的模擬的參照矢量數(shù)據(jù)，將該模擬的參照矢量數(shù)據(jù)通過開關(guān)55脈沖地輸入到模擬存儲(chǔ)器57，由此存儲(chǔ)模擬的參照矢量數(shù)據(jù)。這里模擬存儲(chǔ)器57也具有輸入重置信號(hào)的部件。在本發(fā)明中，模擬是使用連續(xù)的物理量(例如電壓)來表示數(shù)據(jù)(例如數(shù)值)。
圖6是表示本實(shí)施方式的模擬存儲(chǔ)器單元陣列的構(gòu)成的一個(gè)例子的電路圖。
在圖6中，符號(hào)59(1)、59(2)…表示布線。圖5的模擬存儲(chǔ)器57分別具有1個(gè)配置成矩陣狀的圖1的概率運(yùn)算電路Cc。因此，模擬存儲(chǔ)器57對(duì)應(yīng)于概率運(yùn)算電路Cc配置成矩陣狀，通過配置成該矩陣狀的模擬存儲(chǔ)器57，構(gòu)成圖6的存儲(chǔ)器單元陣列。
圖6表示矢量列數(shù)是i，矢量要素?cái)?shù)是j的情況下的存儲(chǔ)器單元陣列。這種情況下，存儲(chǔ)器單元陣列具有i行j列的模擬存儲(chǔ)器57。圖6是其一部分，僅表示了4行4列的部分。另外省略了進(jìn)行重置的布線。
在該存儲(chǔ)器單元陣列中，對(duì)應(yīng)于模擬存儲(chǔ)器57的列(矢量列)，分別設(shè)置用于接通/關(guān)閉開關(guān)55的布線59(1)、59(2)…。另外，對(duì)于模擬存儲(chǔ)器57的每行(矢量要素)，設(shè)置運(yùn)算、D/A變換器53。
在這樣構(gòu)成的模擬單元陣列中，選擇布線59(1)，59(2)…中的任何一個(gè)，設(shè)為例如高(high)，該列的全部開關(guān)55設(shè)為接通(on)狀態(tài)，通過這樣，數(shù)字的參照矢量數(shù)據(jù)51利用運(yùn)算、D/A變換器53變換為數(shù)字參照矢量數(shù)據(jù)，并列地寫入所選擇列的模擬存儲(chǔ)器57。然后，對(duì)于全部的模擬存儲(chǔ)器57的列，依次進(jìn)行該列選擇和寫入操作，由此能夠高速寫入?yún)⒄帐噶繑?shù)據(jù)。
這樣的矩陣寫入中，模擬存儲(chǔ)器57象后面所描述的那樣，能夠具有非易失性。
而且，在圖6中，構(gòu)成為，將具有j個(gè)要素的i列矢量組以每個(gè)矢量列，順序?qū)懭氪鎯?chǔ)單元陣列，但也可以構(gòu)成為，將該矢量組以每個(gè)矢量要素，順序?qū)懭氪鎯?chǔ)單元陣列。在這種情況下，對(duì)應(yīng)于模擬存儲(chǔ)器57的行(矢量要素)，分別設(shè)置布線59(1)、59(2)…，而且，可對(duì)于模擬存儲(chǔ)器57的每個(gè)列(矢量列)，設(shè)置運(yùn)算、D/A變換器53。
圖7是表示圖5的模擬存儲(chǔ)器57的第一構(gòu)成例子的電路圖，圖8是表示圖5的模擬存儲(chǔ)器57所使用的源極輸出器電路的輸入-輸出特性的曲線圖。
如圖7所示那樣，本例子中的模擬存儲(chǔ)器57具有源極輸出器電路63；與構(gòu)成該源極輸出器電路63的CMISFET(互補(bǔ)MISFET，下面簡(jiǎn)記為CMIS)的柵電極(下面稱為浮動(dòng)?xùn)烹姌O)63a連接的強(qiáng)電介質(zhì)電容器65。
源極輸出器電路63，如圖8所示，具有輸出遍及作為電源電壓VDD范圍內(nèi)的范圍而與輸入電壓VFG成比例的電壓Vout1的特性。
下面，說明這樣構(gòu)成的模擬存儲(chǔ)器57的操作。
如果寫入電壓VW(與模擬的參照矢量數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的電壓)施加到強(qiáng)電介質(zhì)電容器65上，該強(qiáng)電介質(zhì)就產(chǎn)生極化，浮動(dòng)?xùn)烹姌O63a的電位VFG就變化。如果這樣，源極輸出器電路63，就根據(jù)該特性，輸出與該變化的電位VFG對(duì)應(yīng)的電壓Vout1。這里，強(qiáng)電介質(zhì)電容器65的強(qiáng)電介質(zhì)的殘留極化保持非易失性。通過這樣，電壓VW非易失性存儲(chǔ)到模擬存儲(chǔ)器57中，即為寫入情況。另外，與此同時(shí)，與該寫入的電壓VW對(duì)應(yīng)的電壓Vout1通過源極輸出器電路63輸出。另外，模擬存儲(chǔ)器57具有非易失性，所以能夠進(jìn)行適當(dāng)切換運(yùn)算、D/A變換器53的輸出以及寫入操作，而且，能夠大幅降低運(yùn)算、D/A變換器53的占有面積和用于寫入的布線。
這樣，強(qiáng)電介質(zhì)電容器65的強(qiáng)電介質(zhì)的極化值能夠根據(jù)寫入的電壓VW的大小或歷史得到多值，所以強(qiáng)電介質(zhì)電容器65具有模擬存儲(chǔ)器的功能。特別該構(gòu)造是2晶體管-1電容器的構(gòu)成，所以具有單元占有面積小的優(yōu)點(diǎn)。
圖9是表示圖5的模擬存儲(chǔ)器57的第二構(gòu)成例子的電路圖。
如圖9所示，本例子的模擬存儲(chǔ)器57具有源極輸出器電路63；與構(gòu)成該源極輸出器電路63的CMIS的浮動(dòng)?xùn)烹姌O63a分別互相并列連接的強(qiáng)電介質(zhì)電容器65和常電介質(zhì)電容器73。
利用這樣構(gòu)成的本例子的模擬存儲(chǔ)器57，通過在強(qiáng)電介質(zhì)電容器65的上部電極N1和常電介質(zhì)電容器73的上部電極N2之間施加寫入電壓VW，與第一構(gòu)成例子相同，浮動(dòng)?xùn)烹姌O的電位VFG的值發(fā)生變化，由此具有作為模擬存儲(chǔ)器的功能。
由于通常情況下，強(qiáng)電介質(zhì)的介電常數(shù)大，所以圖7那樣的強(qiáng)電介質(zhì)電容器65和構(gòu)成源極輸出器電路63的MISFET的柵電極電容器是串聯(lián)構(gòu)造，在強(qiáng)電介質(zhì)側(cè)難于分配電壓，所以需要加大構(gòu)成源極輸出器63的MISFET。另一方面，在本例子的構(gòu)造中，能夠由強(qiáng)電介質(zhì)電容器65和常電介質(zhì)電容器73的電容平衡來決定電位VFG，該MISFET的尺寸可與周邊電路相等，所以容易制造。特別是，希望常電介質(zhì)電容器73也使用高電介質(zhì)材料，例如使用鈦酸鋇/鍶(BST)等，能夠形成與強(qiáng)電介質(zhì)電容器相同尺寸的電容器。
圖10是表示圖7和圖9的強(qiáng)電介質(zhì)電容器的磁滯特性的曲線圖。
在圖10中，橫軸表示強(qiáng)電介質(zhì)的分配電壓。該分配電壓在圖7的模擬存儲(chǔ)器57的情況下，由[VW]-[VFG]來計(jì)算，表示對(duì)強(qiáng)電介質(zhì)的分配電壓。另外，在圖9的模擬存儲(chǔ)器57的情況下，表示施加寫入電壓VW時(shí)對(duì)強(qiáng)電介質(zhì)分配的電壓。
如圖10所示，由于強(qiáng)電介質(zhì)具有磁滯特性，所以既使施加相同的電壓，由于至此的電壓施加的歷史，獲得不同的殘留極化值。為此，在本實(shí)施方式中，一旦施加重置脈沖Vres，就從負(fù)和正任何一個(gè)飽和極化開始施加寫入電壓VW，得到與寫入電壓VW很好對(duì)應(yīng)的VFG。即，在施加重置脈沖Vres后，如果施加Vw1，強(qiáng)電介質(zhì)的極化就移動(dòng)到飽和曲線上，殘留極化是Pr1，在施加重置脈沖Vres后施加Vw2時(shí)，同樣殘留極化為Pr2。即，同樣道理地定義相對(duì)寫入電壓Vw1、Vw2的殘留極化Pr1、Pr2。通過該殘留極化值決定浮動(dòng)電極的電位VFG，通過源極輸出器電路63的特性，輸出模擬電壓Vout1。這樣，本實(shí)施方式所使用的模擬存儲(chǔ)器57，具有元件數(shù)少且非易失性的特性，所以本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件是非常有效的模擬存儲(chǔ)器。
圖11是表示構(gòu)成圖1的距離運(yùn)算器43的減法元件的構(gòu)成的一個(gè)例子的電路圖。
在圖11中，減法元件72具有源極輸出器電路63；與構(gòu)成該源極輸出器電路63的CMIS的柵電極(浮動(dòng)?xùn)烹姌O)73a分別相互并列地連接的第一電容器75和第二電容器77。對(duì)第一電容器75輸入電壓V1。對(duì)第二電容器77輸入電壓V2。后面描述電壓V1、V2的定義。
下面說明以上這樣構(gòu)成的減法元件72的操作。
將源極輸出器電路73的浮動(dòng)?xùn)烹姌O73a的電位設(shè)為VFG2，將第一電容器的電容設(shè)為C1，將第二電容器的電容設(shè)為C2，將P溝道CMIS(下面簡(jiǎn)記為PCMIS)73P和N溝道CMIS(下面簡(jiǎn)記為NCMIS)73N的電容分別設(shè)為CP、CN，那么根據(jù)電荷的保存規(guī)則下面的公式成立Q＝C1(V1-VFG2)+C2(V2-VFG2)＝VFG2(CP+CN)…(2)這里，設(shè)C1＝C2，α由下面的公式定義。
α=C12C1+CN+CP=12+[CN+CPC1]····(3)]]>根據(jù)公式(2)和公式(3)得到下面的公式。
VFG2＝α(V1+V2)…(4)與該電位VFG2對(duì)應(yīng)的電壓VM1根據(jù)源極輸出器電路的特性輸出。即，得到與V1和V2的和成比例的輸出。這里在公式(3)中，在C1相對(duì)于(CN+CP)大的情況下，即MISFET的柵電極電容非常小的情況下，α的值接近0.5，本減法元件72表示了輸出與輸入的電壓平均值接近的值的特性。
這里，例如，對(duì)于V1和V2輸入由下面的公式給予的電壓。
V1＝Vz+Vref…(5)V2＝Vz-Vin…(6)這里，Vz是修正電壓，利用后面描述的公式來運(yùn)算。另外，Vin與輸入矢量數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，圖4的輸入電壓輸出器13將公式(6)的運(yùn)算結(jié)果作為電壓來輸出。另外，Vref與參照矢量數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，同樣的，圖4的概率運(yùn)算電路Cc的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部41的輸出要輸出與公式(5)的運(yùn)算結(jié)果相當(dāng)?shù)碾妷骸?br> 根據(jù)這些公式和公式(4)，下面的公式成立。
VFG2＝2αVz+α(Vref-Vin)…(7)即對(duì)與參照矢量數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的電壓(下面，稱為參照矢量電壓)Vref和與輸入矢量數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的電壓(下面，稱為輸入矢量電壓)Vin的差偏移2·Vz偏壓的電壓，得到VFG2，能夠進(jìn)行實(shí)際的差運(yùn)算。
圖12是表示構(gòu)成圖11的減法元件72的源極輸出器電路73的輸入-輸出特性的曲線圖。
如圖12所示，源極輸出器電路73，對(duì)于從VLow到VHigh范圍的輸入電壓VFG2，輸出Vss到VDD范圍的電壓VM。
這里，使用作為源極輸出器電路73的輸出線性增加的開始起點(diǎn)VLow，來確定上述Vz，使得滿足下面的公式。
Vlow＝2αVz…(8)這樣，關(guān)于Vref和Vin的差，也具有下面這樣的輸出特性。
圖13表示參照矢量電壓Vref＝1[V]的情況下，VSS＝0[V]、VDD＝1[V]、且α＝0.45時(shí)減法元件72的輸入-輸出特性。能夠理解，參照矢量電壓Vref和輸入矢量電壓Vin的差是正時(shí)比例增加輸出電壓，能夠進(jìn)行僅為正的差運(yùn)算。
同樣的，若按照下面公式，能夠?qū)1，V2進(jìn)行相反方向的差運(yùn)算。
V1＝Vz-Vref…(10)V2＝Vz+Vin…(11)
圖14表示了這種情況下的減法元件73的輸入-輸出特性。這種情況下，在輸入矢量電壓Vin和參照矢量電壓Vref的差為正時(shí)，比例增加輸出電壓。
圖15表示了應(yīng)用以上的特性來進(jìn)行絕對(duì)值運(yùn)算的電路。在圖15中，符號(hào)81表示減法器。該減法器81構(gòu)成為，并列配置一對(duì)減法元件82a，82b，將該輸出向加法器83輸入。減法元件82a和82b都由圖11的減法元件72構(gòu)成。
這里，如對(duì)減法元件82a的輸入是V11、V21，對(duì)減法元件82b的輸入是V12、V22，那么根據(jù)公式(5)，(6)來決定V11、V12，根據(jù)公式(10)、(11)來決定V21、V22，減法元件82a和減法元件82b的輸入-輸出特性分別為圖13和圖14所示的特性。加法器83根據(jù)公式(4)和源極輸出器電路83a的特性輸出與該輸入電壓VM1和VM2的和成比例的電壓Vout3。圖4的距離運(yùn)算器43由該減法器81構(gòu)成。
圖16是表示圖4的距離運(yùn)算器43的輸入-輸出特性的曲線圖。如圖16所示，該距離運(yùn)算器43能夠輸出與參照矢量電壓和輸入矢量電壓的差的絕對(duì)值成比例的電壓。
而且，在該距離運(yùn)算器43中，需要用于將來自圖4所示的輸入電壓輸出器13和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部41的輸出分別輸入到減法元件82a和減法元件82b的2個(gè)系統(tǒng)，但在圖4中省略了它們來表示。
圖17是表示圖4的加法器45的構(gòu)成例子的電路圖。
如圖17所示那樣，加法器45具有源極輸出器電路93；與構(gòu)成該源極輸出器電路93的CMIS的柵電極(浮動(dòng)?xùn)烹姌O)93a相互并列連接的第一電容器95和第二電容器97。對(duì)第一電容器95輸入距離運(yùn)算器43的輸出(下面稱為距離電壓)Vout3。對(duì)第二電容器97，輸入波動(dòng)發(fā)生器15的輸出電壓(下面，稱為波動(dòng)電壓)Vcao。
加法器45的操作與圖15的加法器83相同，但特別是為了模擬地進(jìn)行波動(dòng)電壓Vcao和距離電壓Vout3的加法，作為該輸出Vout4，得到對(duì)距離電壓Vout3重疊波動(dòng)的輸出。
圖18是表示圖4的閾值處理器47的構(gòu)成例子的電路圖。
如圖18所示那樣，作為閾值處理器47，在本實(shí)施方式中，例如使用CMIS逆變器。
利用該閾值處理器47，對(duì)CMIS逆變器的柵電極47a輸入加法器23的輸出Vout4。CMIS逆變器中，加法器45的輸出Vout4處于該閾值電壓以上之間，反轉(zhuǎn)之和放大來輸出。加法器45的輸出電壓Vout4是對(duì)具有平坦的波形的距離電壓Vout3重疊具有波動(dòng)波形的波動(dòng)電壓Vcao，所以，CMIS逆變器輸出脈沖狀的電壓Vpul。
下面，說明上述這樣構(gòu)成的概率運(yùn)算元件1的操作。
在圖1、圖4和圖6中，規(guī)定列數(shù)(這里是1000列)的數(shù)字參照矢量數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)要素，利用運(yùn)算、D/A變換器53順序變換成模擬數(shù)據(jù)，作為參照矢量電壓Vref分別寫入各個(gè)矢量列比較電路Cp1～Cp的各個(gè)概率運(yùn)算電路Cc1～Ccn的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部41，利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)41進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算，輸出到距離運(yùn)算器43。另一方面，數(shù)字輸入矢量數(shù)據(jù)利用未圖示的D/A變換器變換為模擬輸入矢量電壓Vin，利用輸入電壓輸出電路13進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算，輸出到距離運(yùn)算器43。
距離運(yùn)算器43基于這些輸入電壓來運(yùn)算參照矢量電壓Vref和輸入矢量電壓Vin的差的絕對(duì)值(參照矢量要素和輸入矢量要素的曼哈頓距離)，將它們作為距離電壓Vout3輸出到加法器45。
加法器45對(duì)該距離電壓Vout3和從波動(dòng)發(fā)生器15輸入的波動(dòng)電壓Vcao進(jìn)行相加，將對(duì)距離電壓Vout3重疊波動(dòng)電壓Vcao的電壓Vout4輸出到閾值處理器47。
閾值處理器47閾值處理加法器45的輸出電壓Vout4，輸出脈沖狀的電壓Vpul。
從各概率運(yùn)算電路Cc輸出的該脈沖狀電壓Vpul通過計(jì)數(shù)器Ct對(duì)每個(gè)矢量列比較電路Cp進(jìn)行計(jì)數(shù)，該計(jì)數(shù)利用計(jì)數(shù)值獲得器19或者標(biāo)記檢測(cè)器來檢測(cè)，基于該檢測(cè)結(jié)果，判斷各參照矢量數(shù)據(jù)和輸入矢量數(shù)據(jù)的近似度。
下面，詳細(xì)說明從閾值處理器47輸出的脈沖數(shù)及參照矢量數(shù)據(jù)和輸入矢量數(shù)據(jù)相互之間的近似度的關(guān)系。
在參照矢量電壓Vref和輸入矢量電壓Vin的值接近時(shí)，距離運(yùn)算器43的輸出為小電壓。結(jié)果，加法器45的波動(dòng)被重疊后的輸出電壓Vout4也在小電壓范圍內(nèi)振動(dòng)。結(jié)果，作為閾值處理器47的逆變器的輸出容易輸出高電平(＝VDD)。即，利用上面這樣的電路構(gòu)成，參照矢量數(shù)據(jù)和輸入矢量數(shù)據(jù)的值接近程度高，即脈沖輸出容易進(jìn)行。
圖19是表示圖1的波動(dòng)發(fā)生器15的輸出的曲線圖。橫軸表示波動(dòng)發(fā)生次數(shù)。
如圖19所示那樣，波動(dòng)發(fā)生器15的輸出乍一看發(fā)生隨機(jī)的混亂的波動(dòng)。
圖20是表示參照矢量電壓和輸入矢量電壓的差比較大的情況下(大致1.5[V])加法器45的輸出的一部分的曲線圖。
如果將這種情況下加法器45的輸出，利用這些閾值處理器47例如進(jìn)行2值化(該情況下閾值電壓＝0.5[V])，就得到圖21所示那樣的輸出。即，對(duì)每個(gè)產(chǎn)生超過閾值的脈沖。
圖22是表示在參照矢量電壓和輸入矢量電壓的差小的情況下(大致是0.8[V])從加法器45輸出的一部分的曲線圖。圖23表示這種情況下從閾值處理器47的輸出。從圖21和圖23的比較可判斷出，閾值處理器47具有這樣的特性，在參照矢量電壓和輸入矢量電壓的差的絕對(duì)值越小的情況下，就發(fā)生越多的脈沖。
圖24表示了對(duì)該特性進(jìn)行更詳細(xì)討論的結(jié)果。
圖24是將參照矢量數(shù)據(jù)和輸入矢量數(shù)據(jù)的近似度作為參數(shù)，表示相對(duì)于波動(dòng)電壓Vcao的波動(dòng)次數(shù)的脈沖發(fā)生數(shù)的曲線圖。
在圖24中，作為近似度，定義為從1中減去利用電源電壓標(biāo)準(zhǔn)化的參照矢量電壓和輸入矢量電壓的差的絕對(duì)值得到的值。即，近似度程度越高，表示兩個(gè)矢量越近似。
如圖24所示，例如，近似度是0時(shí)，由于沒有超過閾值，所以對(duì)于100次的波動(dòng)，脈沖發(fā)生數(shù)是零。但是，可理解，隨著近似度變大，脈沖發(fā)生概率上升。由于這些脈沖發(fā)生是概率地發(fā)生，沒有表示直線地增加，但可理解，波動(dòng)次數(shù)越增加，近似度的差越穩(wěn)定。
該波動(dòng)和閾值處理的概率的脈沖發(fā)生是本發(fā)明的概率運(yùn)算元件的本質(zhì)，已有的計(jì)算機(jī)缺少嚴(yán)密性，但波動(dòng)次數(shù)越增加，概率的精度就越提高。這意味著，在既使精度低卻急于得到運(yùn)算結(jié)果的信息處理或者既使延長(zhǎng)運(yùn)算時(shí)間卻重視精度的情況下，能夠非常靈活地進(jìn)行矢量的差運(yùn)算，提供了這種完全不同于現(xiàn)有技術(shù)的新概念的元件。
下面，說明本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件1中，矢量列比較電路Ct的列數(shù)不到運(yùn)算的矢量的列數(shù)的情況下的驅(qū)動(dòng)方法。概率運(yùn)算元件1的面積是有限的，另一方面，如考慮軟件中矩陣的宣布是假想的，考慮到這樣的事情多發(fā)生。
例如，在本實(shí)施方式中，矢量列數(shù)是1000，但在比較對(duì)照的列數(shù)是5000的情況下，相對(duì)輸入矢量，從參照矢量列中抽出最相似的100列，以這種情況為例進(jìn)行說明。
在圖1、圖4和圖6中，首先，利用概率運(yùn)算元件1，將1000列參照矢量象圖6說明的那樣存儲(chǔ)。這種情況下，例如也可以通過運(yùn)算、D/A53順序?qū)懭雲(yún)⒄帐噶繑?shù)據(jù)。
接著，輸入輸入矢量，之后，從波動(dòng)發(fā)生器15輸入波動(dòng)電壓，由此從閾值處理器47順序輸出脈沖。脈沖數(shù)通過計(jì)數(shù)器Ct1～Ctm來順序計(jì)數(shù)，例如著眼于從圖3的D8開始輸出的情況下，如果輸入256(＝28)的脈沖，D8線就輸出高(high)。利用標(biāo)記檢測(cè)器17來監(jiān)視為高(high)的矢量列的數(shù)，這種情況下達(dá)到100列就停止來自波動(dòng)發(fā)生器15的波動(dòng)電壓的輸出。接著，寫入900列參照矢量，使得輸出該高(high)的矢量列擴(kuò)散。
如重復(fù)以上的操作，最終能夠在參照矢量整體中提取出最相似的矢量列。
象上述說明的那樣，本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件1多數(shù)并列地進(jìn)行矢量比較運(yùn)算，所以其比較速度，特別是矢量數(shù)增加，因此，與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)相比，能夠非常高速地運(yùn)算。
另外，利用一般的模擬電路，難于進(jìn)行嚴(yán)密的運(yùn)算，但本概率運(yùn)算元件1的運(yùn)算原理一開始就是以概率為前提的，所以，其制造能夠具有設(shè)計(jì)上的自由度，具有容易制造的特點(diǎn)。
另外，如按照本實(shí)施方式，由于能夠利用晶體管或者電容器等已有的電路元件來構(gòu)成概率運(yùn)算元件1，所以能夠通過半導(dǎo)體加工技術(shù)來制造它們。
另外，能夠運(yùn)算曼哈頓距離。
此外，參照矢量和輸入矢量的每個(gè)要素的差(距離)作為脈沖輸出，基于該脈沖的總和來判斷參照矢量和輸入矢量的近似度，所以既使這樣比較的矢量的要素多，也能夠容易地判斷近似度。
總之，本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件1，既不是現(xiàn)有的數(shù)字運(yùn)算也不是模擬運(yùn)算，能夠提供第三運(yùn)算方法的運(yùn)算元件。
本發(fā)明提供了不適于嚴(yán)密的邏輯運(yùn)算，但可非常高速地進(jìn)行特別是識(shí)別處理等常進(jìn)行的矢量匹配，輔助現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的非常有用的元件。
而且，在本實(shí)施方式中，關(guān)于在源極輸出器的柵電極配置多個(gè)電容器之構(gòu)造的元件的情況對(duì)各個(gè)構(gòu)成電路進(jìn)行了說明，但如果是能夠執(zhí)行同樣的運(yùn)算的元件，不用說可得到希望的操作。
另外，要重復(fù)進(jìn)行，但對(duì)于波動(dòng)如果不特別需要使用混亂，另外對(duì)于混亂，不特別限定于邏輯混亂，如果是得到長(zhǎng)期均等的概率的方法，就能夠期待同樣的效果。
對(duì)于計(jì)數(shù)器，在本實(shí)施方式中描述了D觸發(fā)器的情況，但既使使用其它的計(jì)數(shù)器也沒有任何問題。
另外，說明了使用強(qiáng)電介質(zhì)作為模擬存儲(chǔ)器的情況，但如果使用具有將模擬量作為物理性質(zhì)的東西就能夠得到同樣的效果。例如，可使用相變材料的電阻變化，或者使用利用對(duì)電容的充電等的方法。
對(duì)閾值處理，說明了簡(jiǎn)單的逆變器的情況，但它們既使是其它電路也是一樣的，這一點(diǎn)不用說。
另外，作為表示參照矢量和輸入矢量的數(shù)據(jù)的模擬物理量，使用電壓，但不限于此，使用其它物理量，例如電流也可以。
實(shí)施方式2圖25是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的概率運(yùn)算元件的概率運(yùn)算電路的方框圖。對(duì)于圖25中與圖4相同或者相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號(hào)，省略說明。
如圖25所示那樣，本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件，在利用數(shù)字電路來進(jìn)行矢量要素間的距離運(yùn)算這一點(diǎn)與實(shí)施方式1是不同的。概率運(yùn)算電路301相當(dāng)于實(shí)施方式1的概率運(yùn)算電路Cc。其它方面與實(shí)施方式1相同。
具體地說，數(shù)字的輸入矢量數(shù)據(jù)303輸入到數(shù)字距離運(yùn)算電路305。數(shù)字距離運(yùn)算電路305使用輸入的數(shù)字輸入矢量數(shù)據(jù)303和數(shù)字參照矢量數(shù)據(jù)51，運(yùn)算例如參照矢量和輸入矢量的要素間的距離的絕對(duì)值。該運(yùn)算結(jié)果利用D/A變換器307變換成模擬數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到模擬存儲(chǔ)器57中。模擬存儲(chǔ)器57的模擬輸出通過加法器45與波動(dòng)發(fā)生器15的輸出重疊，該輸出通過閾值處理器47進(jìn)行閾值處理，作為脈沖輸出。通過這樣，進(jìn)行與實(shí)施方式1相同的運(yùn)算。
本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件，需要為了利用數(shù)字進(jìn)行差運(yùn)算的運(yùn)算時(shí)間，但圖4的距離運(yùn)算器43不需要。由圖6的距離運(yùn)算器43配置成矩陣，相反，本實(shí)施方式的數(shù)字距離運(yùn)算電路305在每行配置，所以這能夠減少芯片面積。
另外，如圖6的運(yùn)算、D/A變換器53具有本實(shí)施方式2的數(shù)據(jù)距離運(yùn)算電路305和D/A變換器307的功能，就能夠在矢量要素方向排列多個(gè)，進(jìn)行這些距離運(yùn)算，而且能夠向模擬存儲(chǔ)器57矩陣地寫入距離的模擬信息，所以能夠?qū)崿F(xiàn)面積效率非常高的概率運(yùn)算元件。
(實(shí)施方式3)圖26是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的概率運(yùn)算元件的概率運(yùn)算電路的方框圖。圖26中與圖4相同或者相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號(hào)，省略了說明。
如圖26所示，本實(shí)施方式3的概率運(yùn)算電路99，與實(shí)施方式1不同，在對(duì)輸入矢量電壓重疊波動(dòng)電壓后，運(yùn)算與參照矢量電壓的距離。其它方面與實(shí)施方式1相同。
既使是這樣的運(yùn)算順序也與實(shí)施方式1相同，能夠?qū)崿F(xiàn)概率地產(chǎn)生脈沖的概率運(yùn)算元件。
(實(shí)施方式4)圖27是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的概率運(yùn)算元件的減法元件的構(gòu)成例子的電路圖。
在圖27中，符號(hào)100表示開關(guān)元件。本實(shí)施方式4的減法元件72具有這種構(gòu)成，在構(gòu)成實(shí)施方式1的減法元件72的源極輸出器電路的柵電極上還設(shè)置開關(guān)元件100，將開關(guān)元件100的另一端例如接地。另外，與此相同，在本實(shí)施方式4中，加法器和模擬存儲(chǔ)器具有這種構(gòu)成在實(shí)施方式1的加法器45和模擬存儲(chǔ)器57的源極輸出器電路的柵電極上還設(shè)置開關(guān)元件，將開關(guān)元件的另一端例如接地。通過這樣的構(gòu)成，實(shí)施方式1的源極輸出器電路的柵電極處于沒有布線或者連線的浮動(dòng)狀態(tài)，與此相對(duì)，在本實(shí)施方式4中，對(duì)開關(guān)元件100施加重置電壓Vres1，由此能夠例如將浮動(dòng)電極的電位暫時(shí)接地。
通過這樣，能夠除去制造元件時(shí)的干蝕刻工序等所殘留的電荷。另外，在長(zhǎng)期使用本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件的情況下，例如能夠除去從構(gòu)成源極輸出器電路的MISFET的柵電極流入的電荷。
而且，在這種構(gòu)造的情況下，如果對(duì)重置用的開關(guān)元件100使用MISFET，通過所謂的結(jié)漏，可長(zhǎng)期衰減運(yùn)算時(shí)浮動(dòng)電極所保持的電位，但本發(fā)明的概率運(yùn)算元件的運(yùn)算時(shí)間既使長(zhǎng)也就是1秒左右，完全不是問題，能夠進(jìn)行運(yùn)算。
(實(shí)施方式5)圖28是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的概率運(yùn)算元件的概率運(yùn)算電路的方框圖。在圖28中，與圖4和圖26相同或者相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號(hào)，省略了其說明。
如圖28所示，在本實(shí)施方式3的概率運(yùn)算電路111中，在閾值處理器47之前設(shè)置開關(guān)113。其它方面與實(shí)施方式3相同。
例如，象從圖22的操作說明可理解的那樣，本發(fā)明的概率運(yùn)算元件，僅在具有波動(dòng)的電壓跨過閾值時(shí)才發(fā)生脈沖，所以，例如，在矢量的絕對(duì)值差絕對(duì)小的情況下，就有發(fā)生不跨過閾值的情況的擔(dān)心。
這里，在本實(shí)施方式中，輸出信號(hào)113a不向開關(guān)113輸入時(shí)，例如，如果輸出高(high)，輸出信號(hào)113a輸入，此時(shí)輸出來自距離運(yùn)算器43的輸出，既使來自距離運(yùn)算器43的輸出連續(xù)為低，不跨過閾值的情況下，通過強(qiáng)制跨過閾值，能夠發(fā)生脈沖。
(實(shí)施方式6)圖29是表示本發(fā)明的實(shí)施方式6的概率運(yùn)算元件的構(gòu)成的電路圖。在圖29中，與圖1相同或者相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號(hào)，省略了其說明。
如圖29所示，在本實(shí)施方式中，設(shè)置積分器It和比較器153，代替實(shí)施方式1的計(jì)數(shù)器Ct、標(biāo)記檢測(cè)器17和計(jì)數(shù)值獲得器19。積分器It1～I(xiàn)tm存儲(chǔ)從概率運(yùn)算電路Cc所輸出的脈沖中所包含的電荷量，將與該存儲(chǔ)的電荷量相對(duì)應(yīng)的電壓輸出到各個(gè)比較器153。比較器153比較積分器It1～I(xiàn)tm1的輸出電壓的大小，提取該上位的積分器It(更進(jìn)一步是矢量列)。其它方面與實(shí)施方式1相同。
如按照這樣的構(gòu)成，與實(shí)施方式1相同，能夠從參照矢量中高速提取與輸入矢量近似的矢量列，不僅其數(shù)量而且也包含其幅度來評(píng)價(jià)從概率運(yùn)算電路Cc輸出的脈沖，基于它們來判斷參照矢量和輸入矢量的近似度，所以能夠更好地判斷近似度。
圖30表示這樣的積分器It的構(gòu)成例子。
如圖30所示那樣，積分器It具有FET160。FET160的柵電極與圖29的開關(guān)S連接。另一方面，在FET160的源極連接電容器159，F(xiàn)ET160的源極和電容器159的連接點(diǎn)通過第二開關(guān)157與比較器153連接。
利用這樣構(gòu)成的積分器It，在開關(guān)S為接通(ON)狀態(tài)且開關(guān)157為斷開(OFF)狀態(tài)時(shí)，如在布線上傳送脈沖，F(xiàn)ET160的ON/OFF進(jìn)行切換，僅在FET160為接通(ON)的時(shí)間向電容器159上存儲(chǔ)電荷。接著，如果開關(guān)S為斷開且開關(guān)157為接通，相當(dāng)于先前存儲(chǔ)的電荷的電壓輸出到比較器153。即，輸出相當(dāng)于脈沖幅度和數(shù)量的電壓。這種情況下，隨著存儲(chǔ)電荷量的增加慢慢存儲(chǔ)的電位不是線性的，但能夠明確檢測(cè)出其大小的不同，所以對(duì)矢量列間的比較是非常適用的。
本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件，如實(shí)施方式5所述那樣，在長(zhǎng)期發(fā)生跨過閾值的波動(dòng)的情況下，作為脈沖幅度的信息也能夠存儲(chǔ)，所以能夠更高精度地進(jìn)行矢量列的比較。
(實(shí)施方式7)下面，說明本發(fā)明的實(shí)施方式7。
圖31是表示本發(fā)明的實(shí)施方式7的概率運(yùn)算元件的閾值處理器的構(gòu)成的電路圖。在圖31中，對(duì)與圖1相同或者相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號(hào)，省略了其說明。
在圖31中，符號(hào)101表示電流檢測(cè)器，符號(hào)102表示波動(dòng)發(fā)生器控制電路。
如實(shí)施方式5所述的那樣，本發(fā)明的概率運(yùn)算元件，如果產(chǎn)生矢量間的差小、連續(xù)不跨過閾值的狀態(tài)，就不產(chǎn)生脈沖，盡管矢量接近計(jì)數(shù)卻不增加。
本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件，為了防止這種情況，其特征在于，慢慢增大波動(dòng)發(fā)生器15的電壓的波動(dòng)幅度或者平均電壓。
波動(dòng)發(fā)生器控制電路102一點(diǎn)一點(diǎn)加大波動(dòng)發(fā)生器15的輸出電壓的波動(dòng)。結(jié)果，如果波動(dòng)達(dá)到閾值，就頻繁地發(fā)生脈沖。此時(shí)，由于本實(shí)施方式的閾值處理器47由逆變器構(gòu)成，所以在高(high)/低(low)反轉(zhuǎn)的瞬間，從PMIS47P向NMIS47N流過貫通電流。如果電流檢測(cè)器101檢測(cè)到該貫通電流，波動(dòng)發(fā)生器控制電路102判斷為開始發(fā)生脈沖，將波動(dòng)發(fā)生器15的電壓的波動(dòng)幅度或平均電壓維持為該時(shí)刻的值。通過這樣，能夠防止波動(dòng)極端地變大。
圖32、圖33更詳細(xì)地表示該操作。圖32是表示對(duì)波動(dòng)發(fā)生器15施加高偏置電壓(約1[V])時(shí)向閾值處理器47的輸入電壓的圖。這種情況下，在比作為閾值的1[V]高的電壓范圍電壓波動(dòng)，所以沒有達(dá)到閾值，閾值處理器47不發(fā)生脈沖。即，逆變器47連續(xù)輸出很低的電平，反轉(zhuǎn)時(shí)觀察的貫通電流不變化。
接著，圖33表示從圖32的狀態(tài)慢慢降低偏置電壓約0.5[V]時(shí)向閾值處理器27的輸入電壓。這種情況下，由于多發(fā)生跨過閾值的電壓波動(dòng)，所以如前述那樣多輸出脈沖。這樣，通過重復(fù)逆變器的接通/斷開，可增加逆變器的貫通電流，利用電流檢測(cè)器101來檢測(cè)到這些。
而且，這樣的調(diào)整也可以象這次說明的那樣進(jìn)行，通過對(duì)波動(dòng)發(fā)生器15的波動(dòng)施加偏置電壓，來改變平均輸出電壓，不言而喻，既使加大波動(dòng)振幅也能得到同樣的功能。
(實(shí)施方式8)本發(fā)明的實(shí)施方式8的概率運(yùn)算元件具有在波動(dòng)發(fā)生電路15中發(fā)生波動(dòng)的特點(diǎn)，下面，僅說明其波動(dòng)特性。
圖34是表示本實(shí)施方式的概率運(yùn)算元件的波動(dòng)發(fā)生器的輸出的曲線圖。
在實(shí)施方式1～7的概率運(yùn)算元件中，波動(dòng)發(fā)生器的輸出，使用無序或者熱噪音，使用顯現(xiàn)出隨機(jī)動(dòng)作的輸出來進(jìn)行運(yùn)算。
如圖34所示那樣，其特征在于，本實(shí)施方式8的波動(dòng)發(fā)生器15的輸出產(chǎn)生規(guī)則的輸出。這里，控制產(chǎn)生輸出的大小，使得特別是輸出的直方圖盡可能地相等。如果使得以一定時(shí)間間隔來采樣斜波形的電壓，就能夠得到如圖34那樣慢慢增加的脈沖列。
盡管使用這樣的波動(dòng)電壓，也能夠得到與實(shí)施方式1～7同樣的效果。
而且，在本實(shí)施方式中，作為規(guī)則地增加電壓的脈沖列，既使不是這樣的特性，如果輸出值的直方圖不偏離，就能夠得到同樣的效果，這是不言而喻的。
(實(shí)施方式9)本發(fā)明的實(shí)施方式9例示了作為使用實(shí)施方式1～8的概率運(yùn)算元件的識(shí)別處理裝置的聲音識(shí)別裝置。
圖35是示意性表示本實(shí)施方式的聲音識(shí)別裝置的構(gòu)成的方框圖。在圖35中，對(duì)與圖1相同或者相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號(hào)，省略了其說明。
如圖35所示那樣，聲音識(shí)別裝置具有麥克風(fēng)123；提取從麥克風(fēng)123輸入的聲音數(shù)據(jù)的特征的特征提取處理部121；存儲(chǔ)參照矢量組的存儲(chǔ)器122；概率運(yùn)算元件1，比較利用特征提取處理部121所提取的特征數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器122中的參照矢量數(shù)據(jù)組，識(shí)別聲音。
利用這樣構(gòu)成的聲音識(shí)別裝置，參照矢量數(shù)據(jù)組例如作為數(shù)字信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器122中。在參照矢量數(shù)據(jù)組中，預(yù)先存儲(chǔ)聲音的基本特征數(shù)據(jù)，另外，在需要的情況下，能夠存儲(chǔ)利用特征提取處理部121得到的特征數(shù)據(jù)。特征提取處理部121，對(duì)于從麥克風(fēng)123輸入的模擬聲音信息，例如，通過進(jìn)行矢量分布或者其時(shí)間變化等的處理，提取其特征數(shù)據(jù)。
該特征數(shù)據(jù)作為輸入矢量輸入到概率運(yùn)算元件1。概率運(yùn)算元件1將該特征數(shù)據(jù)與參照矢量數(shù)據(jù)組進(jìn)行比較，從其中確定(矢量匹配)最近似的參照矢量數(shù)據(jù)，將與輸入的特征數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的聲音作為與該確定的參照矢量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的聲音來識(shí)別。
通過這樣，能夠非常高速地識(shí)別輸入到麥克風(fēng)123中的聲音。例如，如果輸入到麥克風(fēng)123中的聲音是日語，就可進(jìn)行五十音的識(shí)別。
(實(shí)施方式10)本發(fā)明實(shí)施方式10表示了實(shí)施方式9的聲音識(shí)別裝置的改進(jìn)例。
圖36是說明存儲(chǔ)在本實(shí)施方式的聲音識(shí)別裝置的存儲(chǔ)器中的參照矢量數(shù)據(jù)組的特征的圖。在圖36中，對(duì)與圖36或者圖35相同或者相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號(hào)，省略了其說明。
本實(shí)施方式的聲音識(shí)別裝置，是在實(shí)施方式9的聲音識(shí)別裝置中，對(duì)參照矢量數(shù)據(jù)組進(jìn)行了研究得到的結(jié)果。
具體地說，如圖36所示，本實(shí)施方式的參照矢量數(shù)據(jù)51具有從前面開始按時(shí)間系列配置聲音的矢量信息的數(shù)據(jù)構(gòu)造。在圖36中，對(duì)數(shù)字參照矢量數(shù)據(jù)51的一部分表示字母A～D，但它們表示對(duì)應(yīng)相同聲音的特征信息。
本實(shí)施方式的聲音識(shí)別裝置的特征在于，利用參照矢量數(shù)據(jù)組，相互錯(cuò)開配置相同的數(shù)據(jù)。
在人說話的情況下，不僅限于在時(shí)間上相同的時(shí)刻說用文字書寫相同的內(nèi)容，而且具有個(gè)體差異。
本發(fā)明的概率運(yùn)算元件能夠非常高速地進(jìn)行大量矢量匹配，所以考慮這樣的聲音的伸縮，如果預(yù)先準(zhǔn)備在時(shí)間上有偏差的數(shù)據(jù)，既使有時(shí)間的伸縮，也能夠判斷與其對(duì)應(yīng)的矢量列是最接近的，輸入的聲音相當(dāng)于哪個(gè)文字。
(實(shí)施方式11)本發(fā)明的實(shí)施方式11例示了作為使用實(shí)施方式1～8的概率運(yùn)算元件的識(shí)別處理裝置的圖像識(shí)別裝置。
圖37是示意性表示實(shí)施方式11的圖像識(shí)別裝置的構(gòu)成的方框圖。在圖37中，對(duì)于同圖35相同或者相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號(hào)，省略了其說明。
如圖37所示那樣，圖像識(shí)別裝置具有由CCD等攝像元件構(gòu)成的攝像機(jī)143；提取從攝像機(jī)143輸入的圖像數(shù)據(jù)的特征的特征提取處理部141；存儲(chǔ)參照矢量組的存儲(chǔ)器122；比較利用特征提取處理部141提取的特征數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器122中的參照矢量數(shù)據(jù)組、識(shí)別圖像的概率運(yùn)算元件1。
利用這樣構(gòu)成的圖像識(shí)別裝置，將由圖像得到的特征量作為參照矢量數(shù)據(jù)組，和與其對(duì)應(yīng)的標(biāo)記，例如其對(duì)象的名稱等作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器122中。
在這樣的圖像識(shí)別中，具有各種方法，但是在圖38中，特別表示了識(shí)別人的面孔的情況。
利用這種方法，從攝像機(jī)143所攝像的圖像，首先取得眼睛和鼻子、口等部件(部位)的位置，接著提取這些部位間的距離151作為特征量。
利用特征提取部141提取這樣的特征量151，這些特征量151作為輸入矢量輸入到概率運(yùn)算元件1。概率運(yùn)算元件1將這些特征量151與參照矢量數(shù)據(jù)組進(jìn)行比較，從中確定最相似的參照矢量數(shù)據(jù)，將與輸入的特征量對(duì)應(yīng)的圖像識(shí)別為與該確定的參照矢量數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的圖像。
通過這樣，能夠非常高速地識(shí)別輸入到攝像機(jī)143中的圖像。
一直以來，這樣的識(shí)別處理是利用個(gè)人計(jì)算機(jī)來進(jìn)行的，所以作為特征量，充其量幾十個(gè)左右，但是本發(fā)明的概率運(yùn)算元件1可高速進(jìn)行更多的矢量比較，所以能夠取得更多的特征量來進(jìn)行比較。
例如，面孔的朝向變化或者周圍的亮度變化的情況下等，通過存儲(chǔ)幾種狀態(tài)改變情況下的特征量，能夠極大地提高識(shí)別人的精度。
而且，在本實(shí)施方式中，說明了人的面孔的識(shí)別，但對(duì)于工廠生產(chǎn)線上的基板上的部件的識(shí)別，或者來自汽車等的標(biāo)識(shí)的識(shí)別等其它用途，也能夠?qū)嵭型瑯拥膱D像識(shí)別處理，這是不言而喻的。
(實(shí)施方式12)本發(fā)明的實(shí)施方式12例示了作為使用實(shí)施方式1～8的概率運(yùn)算元件的識(shí)別處理裝置的行動(dòng)識(shí)別裝置。
圖39是表示本實(shí)施方式的行動(dòng)識(shí)別裝置的構(gòu)成的方框圖。在圖39中與圖35相同或者相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號(hào)，省略了其說明。
在圖39中，符號(hào)171表示行動(dòng)信息存儲(chǔ)矢量。行動(dòng)信息存儲(chǔ)矢量中存儲(chǔ)了將人的行動(dòng)矢量化的數(shù)據(jù)。符號(hào)173表示加權(quán)系數(shù)附加電路。加權(quán)系數(shù)附加電路173根據(jù)被試驗(yàn)者的反應(yīng)來改變矢量的加權(quán)。符號(hào)175表示行動(dòng)信息輸入矢量。行動(dòng)信息輸入矢量175是將被試驗(yàn)者的狀態(tài)矢量化的矢量。
行動(dòng)信息輸入矢量175表示例如被試驗(yàn)者的室內(nèi)或者室外的電器件的操作歷史、在家里配置的紅外線傳感器輸出、室溫傳感器輸出、濕度傳感器輸出、在人體附近設(shè)置的體溫傳感器輸出、腦電波傳感器輸出、脈搏傳感器輸出、視線傳感器輸出、發(fā)汗傳感器輸出、筋電位傳感器輸出、此外還有日期信息、星期信息等狀況的數(shù)據(jù)。此外實(shí)施方式10或者實(shí)施方式11所描述的聲音輸入或者圖像輸入的特征量也能夠用作這樣狀況的數(shù)據(jù)。
對(duì)于行動(dòng)信息存儲(chǔ)矢量171，還附加該狀況數(shù)據(jù)，此時(shí)，被試驗(yàn)者采取的行動(dòng)，或者此時(shí)機(jī)器的操作作為數(shù)據(jù)附加。
如果輸入行動(dòng)信息輸入矢量175，就提取概率運(yùn)算元件1中過去的狀況相似的狀況，決定與之對(duì)應(yīng)的行動(dòng)。對(duì)應(yīng)于該決定，被試驗(yàn)者作出反應(yīng)。例如，如果對(duì)提供的操作不猶豫地移動(dòng)到下一操作，能夠?qū)μ峁┎僮髋袛酁榫哂泻糜∠?，如果立即移?dòng)到否定提供操作的操作，能夠判斷為對(duì)低強(qiáng)操作具有壞印象。另外，也可以利用是/否來直接回答。
通過加權(quán)系數(shù)附加電路173將這樣的被試驗(yàn)者的反應(yīng)進(jìn)行數(shù)值化，來改變行動(dòng)信息輸入矢量175中的加權(quán)系數(shù)的數(shù)值。
這樣的加權(quán)系數(shù)，若在本發(fā)明的概率運(yùn)算元件中，例如設(shè)置發(fā)生比其它矢量還多的脈沖的機(jī)構(gòu)等，能夠控制該矢量列的選擇難易。
通過將本實(shí)施方式的行動(dòng)識(shí)別裝置組裝到設(shè)備中，提高了用戶感到舒服的設(shè)備自動(dòng)操作所出現(xiàn)的概率，相反減少了感到不舒服的自動(dòng)操作的出現(xiàn)概率，能夠提供與被試驗(yàn)者個(gè)人的愛好相匹配的服務(wù)。
從上述說明中，由技術(shù)人員能夠知道本發(fā)明的較大改進(jìn)和其它實(shí)施形式。因此，上述說明應(yīng)該是僅作為例示的解釋，執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式是作為對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員的教導(dǎo)目的來提供的。在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，能夠?qū)嵸|(zhì)性改變其構(gòu)造和/或功能的細(xì)節(jié)。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的概率運(yùn)算元件，作為識(shí)別處理裝置的識(shí)別處理用的元件等是有用的。
本發(fā)明的概率運(yùn)算元件的驅(qū)動(dòng)方法，作為識(shí)別處理裝置的識(shí)別處理用的元件等的驅(qū)動(dòng)方法是有用的。
本發(fā)明的識(shí)別處理裝置，作為聲音識(shí)別裝置、圖像識(shí)別裝置、行動(dòng)識(shí)別裝置等是有用的。
權(quán)利要求
1.一種概率運(yùn)算元件，其特征在于，具有輸出具有波動(dòng)的模擬量的波動(dòng)發(fā)生器；波動(dòng)差分運(yùn)算部件，輸出將所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出增加到2個(gè)數(shù)據(jù)的模擬的差分后的波動(dòng)差分?jǐn)?shù)據(jù)；通過閾值處理所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件的輸出來輸出脈沖的閾值處理器；和檢測(cè)從所述閾值處理器輸出的脈沖的脈沖檢測(cè)部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件具有運(yùn)算模擬的所述2個(gè)數(shù)據(jù)的差的距離運(yùn)算器；將所述距離運(yùn)算器的輸出和所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出相加的加法器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件具有將模擬的所述2個(gè)數(shù)據(jù)的一個(gè)和所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出相加的加法器；計(jì)算所述加法器的輸出和模擬的所述2個(gè)數(shù)據(jù)的另一個(gè)的差的距離運(yùn)算器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述脈沖檢測(cè)部件具有對(duì)所述脈沖計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述脈沖檢測(cè)部件具有對(duì)所述脈沖的寬度進(jìn)行積分的積分器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述2個(gè)數(shù)據(jù)是表示2個(gè)矢量的各個(gè)要素的要素?cái)?shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述2個(gè)矢量是從外部輸出的參照矢量和輸入矢量，具有與所述參照矢量和輸入矢量的要素對(duì)應(yīng)的多個(gè)概率運(yùn)算電路，各個(gè)所述概率運(yùn)算電路具有用于存儲(chǔ)所述輸入的參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器；所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件，輸出對(duì)存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)和所述輸入的輸入矢量的要素?cái)?shù)據(jù)的模擬差分增加所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出后的波動(dòng)差分?jǐn)?shù)據(jù)；和所述閾值處理器，所述脈沖檢測(cè)部件檢測(cè)從所述多個(gè)所述概率運(yùn)算電路輸出的脈沖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述多個(gè)概率運(yùn)算電路的脈沖輸出端，互相并列連接到一端與所述脈沖檢測(cè)部件連接的共同布線上，在所述共同的布線的與所述多個(gè)概率運(yùn)算電路的脈沖輸出端的連接部之間的部分，可分別設(shè)置延遲電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，具有多個(gè)包括所述多個(gè)概率運(yùn)算電路和所述脈沖檢測(cè)部件的矢量列比較電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述存儲(chǔ)器是模擬存儲(chǔ)器，模擬的所述參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)到所述模擬存儲(chǔ)器中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述模擬存儲(chǔ)器具有強(qiáng)電介質(zhì)電容器與柵電極連接的源極輸出器電路，模擬的所述參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)輸入并且存儲(chǔ)到所述強(qiáng)電介質(zhì)電容器中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，在所述源極輸出器電路的柵電極，還連接常電介質(zhì)電容器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件具有將所述2個(gè)數(shù)據(jù)的模擬差分或者模擬的所述2個(gè)數(shù)據(jù)的一個(gè)和所述波動(dòng)發(fā)生電路的輸出進(jìn)行相加的加法器，所述加法器具有第一和第二電容器并列連接到柵電極的源極輸出器電路，對(duì)所述第一電容器，輸入所述波動(dòng)發(fā)生電路的輸出，對(duì)所述第二電容器，輸入所述兩個(gè)數(shù)據(jù)的模擬的差分或者模擬的所述兩個(gè)數(shù)據(jù)的一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述加法器的源極輸出器電路的柵電極通過開關(guān)元件與接地端子連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器可以是脈動(dòng)計(jì)數(shù)器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述波動(dòng)是無序波動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述波動(dòng)是增大噪音得到的波動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述波動(dòng)發(fā)生器，產(chǎn)生周期的輸出，作為具有波動(dòng)的輸出，而且所述周期的輸出的一個(gè)周期的輸出的直方圖值基本上相等。
19.根據(jù)權(quán)利要求2所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述距離運(yùn)算器具有減法元件，所述減法元件具有兩個(gè)電容器與柵電極并列連接的源極輸出器電路，而且所述兩個(gè)電容器的電容是相等的C1，構(gòu)成所述源極輸出器電路的NMIS和PMIS的電容分別是CN、CP，在向所述源極輸出器電路輸入電壓時(shí)，電位從低電壓側(cè)的電壓源的電位開始上升的電壓是VLow時(shí)，通過公式Vz＝VLow/[2C1/(2C1+CN+CP)]來計(jì)算電壓VZ，而且所述兩個(gè)數(shù)據(jù)分別由電壓表示且其電壓為Va和Vb時(shí)，將V1＝VZ-Va的電壓和V2＝VZ+Vb的電壓分別對(duì)所述兩個(gè)電容器的不與源極輸出器電路的柵電極連接的電極施加，由此在Va-Vb的運(yùn)算中，在Va≥Vb的情況下實(shí)行減法。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述距離運(yùn)算器具有兩個(gè)所述減法元件，在所述兩個(gè)數(shù)據(jù)分別是Vin、Vref時(shí)，在所述兩個(gè)減法元件的一個(gè)作為Va＝Vin、Vb＝Vref得到輸出VM1，在所述兩個(gè)減法元件的另一個(gè)作為Va＝Vref、Vb＝Vin得到輸出VM2，而且通過將電壓VM1和VM2向所述加法器輸入，可計(jì)算Vin和Vref的差的絕對(duì)值。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述閾值處理器由CMIS逆變器來構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，在所述閾值處理器之前設(shè)置開關(guān)元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，還具有檢測(cè)所述閾值處理器的電源供給布線的電流的電流檢測(cè)器；基于所述電流檢測(cè)器的輸出，控制所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出的波動(dòng)發(fā)生器控制電路。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述波動(dòng)發(fā)生器控制電路，在通過所述電流檢測(cè)器檢測(cè)出的電流比規(guī)定值小的情況下，可增加所述波動(dòng)發(fā)生器的波動(dòng)幅度。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的概率運(yùn)算元件，其特征在于，所述波動(dòng)發(fā)生器控制電路，在通過所述電流檢測(cè)器檢測(cè)的電流比規(guī)定值小的情況下，對(duì)所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出，附加正或負(fù)的偏壓，使得其平均值接近所述閾值處理器的閾值。
26.一種概率運(yùn)算元件的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，具有與從外部輸出的參照矢量和輸入矢量的要素對(duì)應(yīng)的多個(gè)概率運(yùn)算電路；脈沖檢測(cè)部件；和具有所述多個(gè)概率運(yùn)算電路和所述脈沖檢測(cè)部件的規(guī)定數(shù)的矢量列比較電路，各個(gè)所述概率運(yùn)算電路具有輸出具有波動(dòng)的模擬量的波動(dòng)發(fā)生器；用于存儲(chǔ)所述輸入的參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器；波動(dòng)差分運(yùn)算部件，輸出對(duì)存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的參照矢量的要素?cái)?shù)據(jù)和所述輸入的輸入矢量的要素?cái)?shù)據(jù)的模擬的差分增加所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出后的波動(dòng)差分?jǐn)?shù)據(jù)；和閾值處理器，通過閾值處理所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件的輸出來輸出脈沖，所述脈沖檢測(cè)部件，檢測(cè)從所述多個(gè)概率運(yùn)算電路的閾值處理器輸出的脈沖，通過這樣，檢測(cè)所述輸入矢量和所述參照矢量的距離，在所述矢量列比較電路的列數(shù)比參照矢量的列數(shù)少的情況下，提取出k個(gè)(k是自然數(shù))與所述輸入矢量的距離近的所述參照矢量時(shí)，將所述矢量列比較電路的列數(shù)以下的數(shù)的所述參照矢量寫入所述矢量列比較電路的多個(gè)概率運(yùn)算電路的存儲(chǔ)器中，從該寫入的參照矢量中提取所述高位k個(gè)參照矢量，接著，向提取該參照矢量后的矢量列比較電路以外的矢量列比較電路，寫入剩余的所述參照矢量的至少一部分，進(jìn)行所述提取。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的概率運(yùn)算元件的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，進(jìn)一步重復(fù)所述參照矢量的寫入和所述提取操作。
28.一種識(shí)別處理裝置，其特征在于，具有如權(quán)利要求1所述的概率運(yùn)算元件；特征提取電路，提取從外部輸入的識(shí)別對(duì)象信息的特征，將該提取的特征作為所述輸入矢量輸入所述概率運(yùn)算元件；和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)將所述識(shí)別對(duì)象信息的特征矢量化的參照矢量組，所述概率運(yùn)算元件，通過從存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的參照矢量組中確定與所述輸入矢量對(duì)應(yīng)的參照矢量，來識(shí)別識(shí)別對(duì)象信息。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的識(shí)別處理裝置，其特征在于，所述識(shí)別對(duì)象信息是聲音。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的識(shí)別處理裝置，其特征在于，所述參照矢量組，由聲音的特征量配置成時(shí)間系列的矢量組構(gòu)成，而且具有對(duì)人們來說認(rèn)為是相同的聲音的特征量以時(shí)間系列錯(cuò)開配置的多列矢量。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的識(shí)別處理裝置，其特征在于，所述識(shí)別對(duì)象信息是圖像。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的識(shí)別處理裝置，其特征在于，所述參照矢量組由對(duì)人們來說認(rèn)為是相同的但數(shù)值不同的圖像特征量矢量化后的矢量組構(gòu)成。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的識(shí)別處理裝置，其特征在于，所述對(duì)人們來說認(rèn)為是相同的圖像是人的部位，所述數(shù)值上不同的圖像的特征量是所述人的部位間的距離。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的識(shí)別處理裝置，其特征在于，所述識(shí)別對(duì)象信息是人的行動(dòng)，輸出所述識(shí)別后的行動(dòng)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的識(shí)別處理裝置，其特征在于，所述參照矢量組由將人的活動(dòng)信息數(shù)值化的數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化后的矢量組構(gòu)成。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的識(shí)別處理裝置，其特征在于，對(duì)所述輸出的行動(dòng)的反應(yīng)是好意的情況下，改變?cè)搮⒄帐噶恐档闹辽僖徊糠?，使得與所述輸出的行動(dòng)對(duì)應(yīng)的參照矢量容易選擇，在所述反應(yīng)是否定的情況下，可改變?cè)搮⒄帐噶康闹档闹辽僖徊糠郑沟门c所述輸出的行動(dòng)對(duì)應(yīng)的參照矢量難于選擇。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的識(shí)別處理裝置，其特征在于，所述活動(dòng)信息可包含下列中的至少一個(gè)電器件的操作歷史、紅外線傳感器輸出、室溫傳感器輸出、濕度傳感器輸出、體溫傳感器輸出、腦電波傳感器輸出、脈搏傳感器輸出、視線傳感器輸出、發(fā)汗傳感器輸出、筋電位傳感器輸出、日期信息、星期信息、和識(shí)別處理裝置的輸出。
全文摘要
本發(fā)明的概率運(yùn)算元件，具有輸出具有波動(dòng)的模擬量的波動(dòng)發(fā)生器(15)；波動(dòng)差分運(yùn)算部件(401)，輸出將所述波動(dòng)發(fā)生器的輸出增加到2個(gè)數(shù)據(jù)的模擬的差分后的波動(dòng)差分?jǐn)?shù)據(jù)；通過閾值處理所述波動(dòng)差分運(yùn)算部件的輸出來輸出脈沖的閾值處理器(47)；檢測(cè)從所述閾值處理器輸出的脈沖的脈沖檢測(cè)部件。
文檔編號(hào)H03K19/20GK1613184SQ0380189
公開日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月22日
發(fā)明者上田路人, 森田清之 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社