Выпуск 1 (50), 2017: Труды СПИИРАН

В статье рассматривается история развития технологий построения ре-конфигурируемых вычислительных систем на основе кристаллов ПЛИС различных семейств. Описано пять поколений реконфигурируемых вычислительных систем с высокой плотностью компоновки, созданных на основе ПЛИС, начиная с Xilinx Virtex-E и заканчивая современными ПЛИС Virtex UltraScale. Представлены последние достижения в области проектирования энергоэффективных реконфигурируемых вычислительных систем с высокой реальной производительностью – разработанная система жидкостного охлаждения для кристаллов Virtex UltraScale, которая обеспечивает автономную циркуляцию охлаждающей жидкости в вычислительном модуле с размерами 3U на 19" для охлаждения 96-128 кристаллов ПЛИС с выделяемой суммарной тепловой мощностью 9,6-12,8 кВт. Отличительными характеристиками разработанной погружной системы жидкостного охлаждения являются высокая эффективность охлаждения с резервом мощности для проектируемых перспективных семейств ПЛИС, нечувствительностью к протечкам и их последствиям и совместимость с традиционными системами водяного охлаждения на базе промышленных чиллеров.

Значительное количество отказов в системах интервального управления движением поездов связано с воздействием возмущающих факторов в широком диапазоне изменения на единственный информационный признак, характеризующий состояние рельсовых линий. В работе предложено определять состояния объекта контроля принципами распознавания образов с многомерными информативными признаками. В качестве признаков предложено использовать амплитуды напряжений и токов на входе и выходе рельсового четырехполюсника. В качестве полинома решающей функции – ортогональный многочлен Эрмита, позволяющий путем усложнения порядка и размерности увеличить глубину распознавания и обеспечить относительную инвариантность к возмущающим воздействиям. При решении задачи распознавания состояний рельсовых линий в качестве критерия качества использована относительная погрешность вычисления границ классов решающими функциями. Работоспособность предложенной методики демонстрируется результатами исследования распознавания состояний рельсовых линий с «обученной» решающей функцией.

В статье рассматриваются методы перцептуальной субполосной обработки звуковых сигналов с динамической трансформацией частотно-временного плана на основе пакетного дискретного вейвлет-преобразования (ПДВП), достоинством которых является то, что рост дерева осуществляется сверху вниз, без возвратов на меньшие масштабные уровни преобразования и необходимости построения полного дерева ПДВП, что соответствует концепции реализации масштабируемых аудиоречевых кодеров в реальном масштабе времени. Приводятся объективные оценки качества предлагаемых кодеров на основе методики PEMO-Q и сравнения с широко распространенными кодерами Opus и Vorbis, которые показывают, что реконструированный сигнал соответствует требованиям стандарта ITU-R PEAQ при высокой степени компрессии в 18 и более раз, не содержит артефактов: отношение мощности шума к порогу маскирования 〖NMR〗_total меньше  –9 дБ.

Электрогастроэнтерография — перспективный метод обследования сократительной активности органов пищеварительной системы, основанный на съеме и последующей обработке биоэлектрических сигналов. Прогресс в развитии электрофизиологических методов диагностики в последние годы во многом обеспечен возможностью компьютерной обработки измерительных сигналов. Данная статья посвящена вопросам организации измерений в электрогастроэнтерографии. Дано введение в предметную область, проанализирован информационный состав измерительных сигналов электрогастроэнтерографии, приведены диагностические показатели, получаемые в результате спектрального анализа сигналов, рассмотрены задачи автоматизации диагностики. Предложен новый метод выбора частоты отсчетов гастроэнтерограмм, учитывающий фактор конечной длительности измерительных сеансов и спектральных свойств сигнала. В предлагаемом методе применяется разложение сигнала в виде конечной суммы финитных кардинальных В-сплайнов целых степеней. Проведен вычислительный эксперимент для определения точности восстановления сигнала при используемых в электрогастроэнтерографии параметрах измерительного сеанса.

В статье предлагается рассматривать задачу обработки SPARQL-запросов к онтологии как задачу удовлетворения ограничений. Кратко представлен формальный аппарат, служащий для описания задач удовлетворения ограничений с помощью специализированных матрицеподобных структур. Применение данного аппарата позволяет более эффективно по сравнению с табличным представлением описывать, хранить и обрабатывать нечисловые ограничения предметной области. Для ускорения обработки запросов к онтологиям большого объема предлагается применить ранее разработанный авторами метод распространения нечисловых ограничений. По сравнению с традиционным подходом к обработке SPARQL-запросов, базирующимся на динамическом программировании, предлагаемый метод позволяет ускорить их выполнение за счет «компактного» представления онтологии, а также применения оригинальных авторских правил редукции пространства поиска. На конкретном примере показано использование этого математического аппарата для снижения размерности пространства поиска при выполнении запроса к онтологии междисциплинарных знаний.

При построении надежных дискретных систем используются разделимые коды с простыми правилами построения и небольшой избыточностью. Часто применяются коды с суммированием с постоянным значением количества контрольных разрядов вне зависимости от длины информационного вектора. В статье показано, что характеристики обнаружения ошибок данными кодами могут быть улучшены за счет модификации правил вычисления значений разрядов контрольных векторов. Предложен алгоритм построения кода с суммированием, основанный на взвешивании переходов между разрядами, занимающими соседние позиции в информационных векторах, и подсчете суммарного веса информационного вектора по модулю, равному степени числа 2. В статье детально анализируются свойства новых кодов с суммированием в сравнении с известными кодами. Установлены условия построения помехоустойчивых модульных взвешенных кодов с суммированием с максимальным количеством обнаруживаемых ошибок в информационных векторах. Улучшение характеристик обнаружения ошибок в новых кодах по сравнению с классическими кодами с суммированием достигается за счет равномерного распределения информационных векторов между всеми контрольными векторами, что, в свою очередь, вносит в класс необнаруживаемых помимо симметричных, некоторую долю монотонных и асимметричных ошибок. В отличие от модульных кодов с суммированием единичных разрядов модульные взвешенные коды обнаруживают большее количество симметричных ошибок, однако доминирующим их видом практически при любой длине информационного вектора являются асимметричные ошибки. Модульные коды с суммированием взвешенных переходов являются перспективным классом разделимых кодов для решения задач технической диагностики дискретных систем.

Система интеллектуального зала реализует цифровое сервисно-ориентированное окружение совместной деятельности человека. В статье исследуется задача по расширению таких систем сервисами электронного туризма. Предлагается сценарий, расширяющий возможности совместной деятельности в интеллектуальном зале за счет вовлечения самих участников в составление культурной программы для изучения региона, в котором проходит мероприятие. В качестве конкретного программного приложения используется система SmartRoom, предназначенная для информационно-организационной поддержки проведения совместной деятельности людей в помещении в рамках таких мероприятий как конференции и совещания. На основе подхода интеллектуальных пространств для системы SmartRoom разработан и исследован набор сервисов, реализующий предлагаемый сценарий составления культурной программы. Предложены онтологическая модель и способы организации взаимодействия, обеспечивающие построение и доставку сервисов на основе накопления и обработки информации множеством программных агентов в интеллектуальном пространстве системы SmartRoom. Выполнено экспериментальное исследование производительности полученных программных реализаций.

В статье рассмотрены особенности применения методов частотного упорядочивания и аппроксимации для решения задачи идентификации знаков текста. Определены условия реализации метода Якобсена для получения наименьшей погрешности идентификации. Предложен метод аппроксимации одномерных и двумерных распределений частот знаковых биграмм текста и буквенных биграмм эталона языка текста. Приведены экспериментальные данные о погрешностях метода Якобсена и предложенного метода аппроксимации для русскоязычных текстов. Погрешность предложенного метода меньше, чем у метода Якобсена. Метод может быть использован для идентификации знаков текста любого языка, для которого существует эталонное распределение частот буквенных биграмм.

Цель работы: показать связь чисел, принадлежащих известным после-довательностям, и квазиортогональных матриц, существующих на порядках, равных этим числам, а также взаимосвязь таких матриц через алгоритмы вычисления. Методы: анализ последовательностей квазиортогональных матриц абсолютного и локального максимумов детерминанта, выделение в матрицах структурных инвариантов, сопоставление алгоритмов вычисления таких матриц. Результаты: рассмотрены известные последовательности натуральных чисел, сформулировано определение матрицы, ассоциированной с натуральным числом. Приведены последовательности чисел, для которых доказано существование ассоциированных с ними квазиортогональных матриц. Высказано предположение, что ассоциированные матрицы существуют для всех натуральных чисел. Рассмотрены свойства типов таких матриц, их взаимосвязи через алгоритмы вычисления. Приведены модифицированные алгоритмы и основные цепочки матриц Эйлера и Мерсенна, последовательности порядков которых являются системообразующими. Практическая значимость: квазиортогональные матрицы абсолютного и локального максимумов детерминанта имеют непосредственное практическое значение для задач помехоустойчивого кодирования, сжатия и маскирования видеоинформации. Их разнообразие позволяет разработчикам технических систем значительно облегчить выбор матрицы, оптимальной для конкретной задачи.