Устройство для адаптивного скользящего усреднения Советский патент 1987 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов, например, для уменьшения уровня шума в изображении.

Цель изобретения - повьшени точности.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - иллюстрируется размещение трех возможных отрезков Aj, 2 и ЦЛКНОКЪ

каждый локального усреднения входного сигнала f(t) относительно точки дискретизации на фиг. 3 - структурная схема блока вычисления среднего квадратов; на фиг. 4 - структурная схема блока вычисления квадрата среднего; на фиг. 5 - структурная схема селектора минимума.

fO

15

Устройство работает следуюр1и разом.

Отсчеты (выборки) входного с ла с выхода А1Щ 1 последователь соответствие с частотой ГТИ 11 тупают на вход элемента задержк Последний состоит из п последов но соединенных элементов задерж один отсчет, где п - количество дискретизации (отсчетов) на оди резок усреднения длиной Тг . В к такте работы устройства на выход А1Щ 1 присутствуют двоичньй код ного отсчета сигнала f, а на в элемента задержки 2 - код отсче .(.. Локальные дисперсии по п п довательным отсчетам сигнала вы ляются с помощью блока 3 вычисл среднего квадратов, блока 4 выч

Устройство содержит аналого-цифро- ния среднего квадрата и блока 5

вой преобразователь 1 (А1Щ), элемент задержки 2, блок 3 вычисления среднего значения квадратов, блок 4 вычисления квадрата среднего значения, блок 5 вычитания, блок 6 извлечения квадратного корня, второй блок эле- ментов задержки 7, третий блок элементов задержки 8, селектор минимума 9, коммутатор 10 и генератор тактовых импульсов (ГТИ) 11.

Блок вычисления средйего значения квадратов содержит блоки постоянной памяти 12 и 13, вычитатель 14, накапливающий сумматор t5.

Блок вычисления квадратов средне- го значения содержит вычитатель t6, накапливающий сумматор 17 и блок постоянной памяти 18.

Селектор минимума содержит три компаратора 19, шесть элементов ИЛИ 20 и блок постоянной памяти 21.

Устройство реализует метод адаптивного усреднения сигнала f(t) по трем возможным отрезкам , Д и

5

ДЛИНОЙ

каждьш, относительное

расположение которых иллюстрируется на фиг. 2 для точки дискретизации t. В данном методе для каждой точки t вычисляются три локальные средние значения и три дисперсии по отсчетам трех отрезков д j, Д и flj и определяется минимальное значение этих трех дисперсий. Тогда результату скользящего усреднения g(t) входного сигнала f(t) в точке t присваивается локальное среднее значение по тому из трех отрезков, для которого дисперсия минимальна.

O

5

Устройство работает следуюр1им образом.

Отсчеты (выборки) входного сигнала с выхода А1Щ 1 последовательно в соответствие с частотой ГТИ 11 пос-. тупают на вход элемента задержки 2. Последний состоит из п последовательно соединенных элементов задержки на один отсчет, где п - количество точек дискретизации (отсчетов) на один отрезок усреднения длиной Тг . В каждом такте работы устройства на выходе А1Щ 1 присутствуют двоичньй код одного отсчета сигнала f, а на выходе элемента задержки 2 - код отсчета .(.. Локальные дисперсии по п последовательным отсчетам сигнала вычисляются с помощью блока 3 вычисления среднего квадратов, блока 4 вычисле ния среднего квадрата и блока 5

вычитания путем ре.ализации следующей формулы:

п

(1)

т.е. дисперсия Вц является раз- ностью между средним значением квадратов отсчетов сигнала и квадратом его локального среднего значения. В каждом такте работы устройства блок 4 рекурсивно вычисляет квадрат локального среднего значения а; на ос- иове следующего рекурентного соотношения :

а,, . -±- f, - -1- п п

f;

1-П

В блоке 4 с помощью блока 18 таблично реализуется следующая функция

4(х) (--- х)2, где X - двоичный

код адреса блока 18. В результате этого на выходе блока 18 формируется код значения а. Блок 3 в каждом такте работы устройства рекурсивно вычисляет локальное,среднее значение Ь квадратов п отсчетов сигнала по следующему рекуррентному соотношению :

Ь Ь.

-I. ,. .1.

fUп п

в блоке 3 две операции возведения в квадрат и деления на п реализуются таблично с использованием блока 12

и блока 13, т.е. в этом блоке осуществляется функция f (х) . Код разности f /п - f rt/п присутствует на выходе вьтитателя .14. В каждом такте работы устройства на выходе накапливающего сумматора 15 формируется код числа Ь . Код разности , , т.е. код локальной дисперсии Dj, вычисленной по формуле (1), формируется на выходе блока 5 вычитания. Вло- ки 3 и 4 работают параллельно, а также вычисления в этих блоках и блоке 5 вычитания осуществляется в консоответствующей определенной комбина ции выходных значений элементов ИЛИ 20, хранится код номера минимального значения из трех чисел на входе се-

вейерном режиме. Это значит, что в

каждом такте работы устройства вычис- 5 лектора минимума. Коммутатор (мультиплексор) 10 выполняет функцию переключения на выход устройства одного из трех кодов локальных средних значений а;;,, а- и а;,. с выхода блока 6 извлечения квадратного корня и с двух выходов второго блока 7 задержки. Таким образом, в каждом такте работы устройства за счет конвейерной обработки информации на выходе устройства формулируется код результата адаптивного скользящего

пения реализуются одновременно во всех составных узлах блока 3, блока 4 и блока 5 вычитания. Например, если в J-M такте работы в блоках 12 и 13 вычисляются значения f /п и f /п, то одновременно в этом такте в вычитателе 14 формируется код раз- 1 ,,, If,

МОГ Т И --- г - - --- -г

ности j ij-, J-i-h-i

ливающем сумматоре 15 одновременно вычисляется код Ь. по следующему

20

а в накап25

соотношению

bi-;

-- f2. n -2

-L }.2.

n .

Выходной код блока А поступает на вход блока 6 извлечения квадратного корня, которьй с целью повьшения быстродействия устройства реализуется в виде ПЗУ, таблично реатшзующего операцию извлечения квадратного корня. В каждом такте работы устройства на выходе блока 6 формируется код локального-среднего значения а; по п отсчетам входного сигнала,поскольку на его адресньш вход поступает код значения а,. В каждом такте работы на входы селектора минимума 9 с выхода блока 5 вычитания и первого и второго выходов третьего блока 8 задержки поступают коды трех локальных дисперсий В(.И1, DI и .fr), где m (п-1)/2 и п - нечетные целые числа. Второй 7 и третий 8 блоки задержки состоят из п-1 последовательно соединенных элементов задержки на один отсчет, причем пер- вьш выход каждого из них является выходом элемента задержки с номером (п-1)/2, а второй выход - выходом - элемента задержки с номером п-1. На выходе селектора минимума 9 формируется двухразрядный двоичный код но4

а минимального значения трех

дисперсий , ) и П.-., . Код минимального значения на выходе селектора минимума 9 определяется с использованием ПЗУ 21, на адресный вход которого через элементы ИЛИ 20 поступают результаты попарного сравнения трех дисперсий посредством компараторов 19. г

В кажой ячейке памяти блока 21,

.т

соответствующей определенной комбинации выходных значений элементов ИЛИ 20, хранится код номера минимального значения из трех чисел на входе се-

лектора минимума. Коммутатор (мультиплексор) 10 выполняет функцию переключения на выход устройства одного из трех кодов локальных средних значений а;;,, а- и а;,. с выхода блока 6 извлечения квадратного корня и с двух выходов второго блока 7 задержки. Таким образом, в каждом такте работы устройства за счет конвейерной обработки информации на выходе устройства формулируется код результата адаптивного скользящего

5

20

5

25

усреднения входного сигнала,

30

Формула изобретения

1. Устройство для адаптивного скользящего усреднения, содержащее аналого-цифровой преобразователь, блок вычитания, блок извлечения

квадратного корня, элемент задержки, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены блоки элементов задержки, генератор тактовых импульсов, кйммутатор,

селектор минимума, блок вычисления среднего значения квадратов, блок вычисления квадрата среднего значения, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу элемента задержки, который объединен с входами задания i-ro отсчета блока вычисления среднего значения квадратов и блока вычисления квадрата среднего значения, входы задания (i+n)-x от-

счетов которых объединены и соединены с выходом элемента задержки, выход блока вычисления среднего значения квадратов подключен к первому входу блока вычитания, второй вход

которого соединен с выходом блока

вычисления квадрата среднего значения и объединен с входом блока извлече- ния квадратного корня, выход которого подключен к входу первого блока элементов задержки и к первому информационному входу коммутатора, второй и третий информационные входы которого Соединены с первым и вторым выходами первого блока элементов задержки, первый и второй управ- ляюпще входы Коммутатора подключены к выходу первого и второго разрядов селектора минимума соответственно, первый, второй информационные вхр,ды селектора минимума соединены с первым и вторым выходами второго блока элементов задержки соответственно, вход которого объединен с третьим информационным входом селектора и подключен к выходу блока вычитания, тактовые входы блоков вычисления.среднего значения квадратов, вычисления квадрата среднего значения, селектора м-1нимума, аналого-цифрового преобразователя, блока вычитания и блока извлечения квадратного корня объединены и соединены с выходом генератора тактовых

,импульсов,

2, Устройство по п. 1, отли- ч-ающееся тем, что блок вычисления среднего значения квадратов содержит два блока постоянной памяти,, вычитатель, накапливающий сумматор, тактовые входы первого и

128379J6

второго блоков постоянной памяти, вычитателя и накапливающего сумматора объединены и подключены к тактовому входу блока вычисления среднего значения квадратов, входы задания и .(i+n)-ro отсчетов которого соединены соответственно с информационным входом первого и второго блоков постоянной памяти, выходы которых подключены соответственно к первому и второму информационным входам вычитателя, выход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора, выход которого подключен к выходу блока.

3. Устройство по п. 1, от л и 10

5

20

25

30

ч а го И5 е е с я тем, что блок вычисления квадрата среднего значения содержит блок постоянной памяти, вы- читатель, накапливающий сумматор, тактовые входы, которых объединены и подключены к тактовому входу блока вычисления квадратов среднего значения, входы i-ro и (1+п)-го .отсчетов которого соединены соответственно с первьпч и вторым информационными входами вычитателя, выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом блока постоянной памяти, выход которого подключен к выходу блока.

ч а го И5 е е с я тем, что блок вычисления квадрата среднего значения содержит блок постоянной памяти, вы- читатель, накапливающий сумматор, тактовые входы, которых объединены и подключены к тактовому входу блока вычисления квадратов среднего значения, входы i-ro и (1+п)-го .отсчетов которого соединены соответственно с первьпч и вторым информационными входами вычитателя, выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом блока постоянной памяти, выход которого подключен к выходу блока.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах гщфровой обработки сигналов, например, для шения уровня шума в сигнале изображения. Цель изобретения - повьшение точности скользящего усреднения путем адаптивного усреднения в зависимости от значений локальных дисперсий входного сигнала. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, три блока задержки, блок вычисления среднего квадратов, блок вы- вычисления квадрата среднего, блок вычитания, блок извлечения квадратного корня, селектор минимума, коммутатор (мультиплексор) и генератор тактовых импульсов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. с S сл hD 00 Од х 00

о-s

1Дл

J

fftinrff

J

ю

i

Заказ 7444/4 Тираж 670Подписное

ВНЮ-ШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

17

18

Btuxoff

1

.4