устройство для ранговой фильтрации структурных сигналов

Формула изобретения

Устройство для ранговой фильтрации структурных сигналов, содержащее три элемента задержки, тактовые входы которых соединены с тактовым входом устройства, отличающееся тем, что в него введены первый и второй преобразователи кодов, группы из К З элементов задержки, причем все элементы задержки объединены в блок, состоящий из К элементов задержки, К бинарных ранговых фильтров (где К количество спорных признаков), причем информационный вход устройства соединен с входом первого преобразователя кодов, i-й выход которого соединен с входом соответствующего элемента задержки блока, выходы i-го (i 1, К) элемента задержки блока соединены с входами i-го бинарного рангового фильтра, выход которого соединен с i-м входом второго преобразователя кодов, выход которого является выходом устройства, тактовые входы элементов с четвертого по К-й задержки блока объединены и соединены с тактовым входом устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования в специализированных вычислительных устройствах при обработке массивов данных в реальном масштабе времени, например для обработки двумерных структурных сигналов, в частности в автоматизированных системах обработки изображений.

Известно устройство для сравнения чисел, содержащее четыре счетчика, блок памяти, два регистра, схему сравнения, генератор тактовых импульсов, RS-триггер, D-триггер, пять элементов И, три элемента ИЛИ, два инвертора, элемент задержки и одновибратор [1]

Устройство позволяет реализовать вычисление результатов операции экстремальной фильтрации массива из N элементов за Nn тактов, где n - длина фильтрующей апертуры.

Недостатком устройства являются низкое быстродействие и ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для экстремальной фильтрации, содержащее элемент сравнения, сумматор, три регистра, три элемента задержки, элемент ИЛИ, вычислитель и умножитель [2]

Устройство реализует метод вычисления оценок результата операции экстремальной фильтрации путем аппроксимации результатов операции определения экстремальных значений по совокупности непересекающихся интервалов выборки сигнала.

Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, т.к. устройство не позволяет формировать оценки результатов операции ранговой фильтрации.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет формирования оценок значений результатов операции ранговой фильтрации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для ранговой фильтрации структурных сигналов, содержащее три элемента задержки, введены первый и второй преобразователи кодов, группа элементов задержки, причем все элементы задержки объединены в К блоков элементов задержки, К бинарных ранговых фильтров, где К количество опорных признаков, причем информационный вход устройства соединен с входом первого преобразователя кодов, соответствующие выходы которого соединены с входами соответствующих блоков элементов задержки, выходы i-го блока элементов задержки соединены с соответствующими входами i-го бинарного рангового фильтра, выход которого соединен с входом второго преобразователя кодов, выход которого является выходом устройства, тактовые входы блоков элементов задержки объединены и соединены с тактовым входом устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: двух преобразователей кодов, k блоков элементов задержки и k бинарных ранговых фильтров, а также их связями между собой.

Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию ""Новизна"".

Блок элементов задержки может быть реализован как последовательное соединение соответствующего количества элементов задержки на один такт работы либо как сдвиговый регистр соответствующей длины.

В качестве элементов задержки на один такт работы могут быть использованы параллельные регистры или сдвиговые регистры на MS-триггерах, которые широко известны. Бинарный ранговый фильтр может быть реализован как блок постоянной памяти, в ячейках которого реализуется таблично вычисление результатов функции сложения и затем сравнения полученного результата с порогом. Бинарный ранговый фильтр может быть реализован как блок постоянной памяти, в ячейках которого реализуется таблично вычисление результатов функции сложения и затем сравнения полученного результата с порогом. Бинарный ранговый фильтр можно также реализовать как последовательное соединение блока постоянной памяти, в ячейках которого реализуется табличное вычисление результатов функции сложения значений на его входах, и компаратора, реализующего операцию сравнения.

На фиг. 1 представлена блок-схема заявляемого устройства; на фиг. 2 схема блока элементов задержки для окрестности, где элемент задержки на один такт работы устройства, размерами 3х3 элемента; на фиг.3 пример возможной реализации бинарного рангового фильтра при помощи многовходового сумматора (реализованного как блок ПЗУ) и компаратора.

Устройство содержит преобразователь 1 кодов, блоки 2.1, 2.2, 2.K элементов задержки, бинарные ранговые фильтры 3.1, 3.2. 3.K, второй преобразователь 4 кодов, информационный вход 5 устройства, тактовый вход 6 устройства, выход 7 устройства.

Информационный вход 5 устройства соединен с входом преобразователя 1 кодов, i-й выход преобразователя 1 кодов соединен с входом блока 2.i элементов задержки. Выходы блока 2.i элементов задержки соединены с входами бинарного рангового фильтра 3.i. Выход бинарного рангового фильтра 3.i соединен с i-ым входом преобразователя 4 кодов. Выход преобразователя 4 кодов является выходом 7 устройства. Тактовые входы блоков 2.1, 2.2,2.k элементов задержки объединены и соединены с тактовым входом в устройства.

Перед началом изложения принципов работы устройства целесообразно учесть следующее.

Устройство предназначено для формирования оценок значения локальных порядковых статистик для структурных сигналов. Структурный сигнал представляет собой совокупность протяженных участков, характеризующихся примерно одинаковым значением сигнала, на границах участков осуществляется резкое скачкообразное изменение значения сигнала. Примером двумерного структурного сигнала является изображение, в частности телевизионное изображение.

Устройство реализует вычисление оценок значений результатов операции ранговой фильтрации: в каждом такте работы формируется оценка _k значения R_k k-й порядковой статистики для текущей локальной окрестности Q.

Устройство реализует вычисление функции вида

_k = ₁a_k + ₂b_k (1)

где _k оценка значения k-ой порядковой статистики для текущей локальной окрестности (множества);

a_k оценка максимального возможного значения k-й локальной порядковой статистики для текущей локальной окрестности Q;

b_k оценка минимального возможного значения k-й локальной порядковой статистики для текущей локальной окрестности Q;

₁ и ₂ весовые коэффициенты.

₁ и ₂ задаются следующим образом:



Значения a_k и b_k определяются следующим образом:



где _j значение j-го разряда оценки a_k;

_j {0, 1};

_j значение j-го разряда оценки b_k;

_j {0, 1};

P разность оценок a_k и b_k.

Значения _j и _j j-х разрядов чисел (оценок) a_k и b_k определяются из выражений



где -количество чисел X_i в множестве Q, для которых выполняется условие: в j старших разрядов числа x_i есть хотя бы одна единица;

s_j количество чисел X_i в множестве Q, значение j-го разряда у которых равно единице (не равно нулю);

N количество чисел в множестве Q;

k номер искомой порядковой статистики.

где h₁(x_i;j) признак наличия в j-ом разряде числа x_i единицы;

h₂(x_i;j) признак наличия в j-старших разрядах числа x_i хотя бы одной единицы.

где ^j_i/ содержимое j-го разряда числа x_i

.

Пример. Пусть текущая локальная окрестность Q содержит 5 (N=5) четырехразрядных числа (P=4):

Q14, 13, 14,3,2}

На основе процедуры, описанной (1) (10) имеем значения оценок для соответствующих порядковых статистик:



Устройство работает следующим образом.

В текущем i-ом такте работы P-разрядный параллельный код текущего отсчета x_i сигнала с информационного входа 5 устройства поступает на вход первого преобразователя 1 кодов. В преобразователе 1 кодов осуществляется табличное формирование соответствующих значений h₁(x_i;j) и h₂(x_i;j) признаков наличия единиц в соответствующих разрядах числа x_i, которые затем поступают на соответствующие выходы преобразователя 1 кодов. Значения признаков h₁(x_i;j) и h₂(x_i;j) с соответствующих выходов преобразователя 1 кодов поступают на входы блоков 2.1, 2.2, 2.К элементов задержки (К=2р). Блок 2. m элементов задержки представляет собой последовательное соединение элементов задержки на один такт работы. В блоке 2.m элементов задержки осуществляется задержка на заданное количество тактов работы значений, поступивших ранее в предшествующих тактах работы на вход блока 2.m.

Выходы блока 2.m элементов задержки соединены с выходами соответствующих элементов задержки на один такт. В каждом такте работы на соответствующих выходах блока 2.m формируются задержанные на соответствующее количество тактов работы значения соответствующего признака для всех отсчетов, принадлежащих текущей локальной окрестности. В текущем такте работы на соответствующих выходах блока 2.m сформируются значения соответствующего признака для всех отсчетов x_j, попадающих в текущую локальную окрестность Q с центральным отсчетом x_i, и затем поступают на соответствующие входы бинарного рангового фильтра 3. m. В бинарном ранговом фильтре 3.m, на входы которого поступают значения соответствующих признаков, реализуется табличное вычисление значения соответствующего разряда одной из оценок (a_k и b_k) согласно выражениям (5) (8). Говоря иначе, в бинарном ранговом фильтре 3.m значения, поступившие на его входы, суммируются и сравниваются с заданным пороговым значением и признак результата сравнения поступает на выход фильтра 3.m.

Таким образом, на выходах бинарных ранговых фильтров 3.1, 3.2, 3.K формируются, согласно (5) и (6) значения для заданной порядковой статистики. Значения _j и _j с выходов бинарных ранговых фильтров 3.1, 3.2,3.К поступают на соответствующие входы преобразователя 4 кодов. В преобразователе 4 кодов реализуется табличное формирование согласно (1), (3), (4) на основе полученных значений _j и _j значения _k заданной k-й локальной порядковой статистики. Значение _k с выхода преобразователя 4 кодов поступает на выход 7 устройства. С приходом очередного тактового импульса в блоках 2.1, 2.2,2.К элементов задержки осуществляется прием информации (по переднему фронту тактового импульса) и ее сдвиг (по заднему фронту тактового импульса), на информационном входе 5 устройства формируется параллельный код следующего отсчета x_i+1 сигнала и начинается следующий такт работы устройства.

Устройство работает в параллельном режиме (вычисление в боках 2.1,2.К, 3.1,3К осуществляется параллельно) и в каждом такте работы на выходе 7 устройства будет формироваться значение _k заданной k-й локальной порядковой статистики для текущей скользящей окрестности.

Предлагаемое устройство позволяет формировать оценки значений заданных локальных порядковых статистик для одномерных и двумерных структурных сигналов. Это позволяет расширить функциональные возможности устройства и расширить область его применения.

Устройство работает в параллельном режиме и обладает высоким быстродействием. Это позволяет использовать его в специализированных системах обработки структурных сигналов в реальном масштабе времени, например, в автоматизированных системах обработки изображений.

Предлагаемый экономический эффект заключается в расширении функциональных возможностей устройства и области его применения, а также в экономии машинного времени.