Устройство для адаптивного скользящего сглаживания Советский патент 1989 года по МПК G06F17/17 

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

Целью изобретения, является повышение точности сглаживания сигнала.

На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема блока вычисления коэффициента линейной регрессии; на фиг. 3 - схема блока вьгаисления квадрата среднего.

Устройство содержит N+l элементов задержки 1, составляющих блок 2 элементов задержки, блок 3 вычисления

квадрата среднего значения, блок 4 вычисления среднего квадрата,блок 5 вычисления коэффициента наклона линейной регрессии, сумматор 6,которые составляют вычислитель 7 погрешности (дисперсии) аппроксимации,блок 8 постоянной памяти, блок 9 извлечения квадратного корня , вычитатель 10, компаратор 11, коммутатор 12 и генератор 13 тактовых импульсов.

Блок 5 содержит умножители 14,15 на постоянньш коэффициент, сумматор 16, вычитатель 17, накапливающий сумматор 18, элемент 19 памяти, элемент 20 задержки. Блок 3 содержит вычита- . тели 21,22, накапливающий сумматор

ел

t

10

3, элемент 24 памяти, элемент 25 |задержки.

Устройство реализует адаптивный алгоритм сглаживания типа Обнаружение - Оправление для уменьшения уровня импульсного шума в сигнале,

этом алгоритме на первом этапе осу- цествляется обнаружение тех отсчетов точек) сигнала, которые искажены -1мпульсной помехой. Если в текущей точке сигнал искажен импульсной помехой, то значение сигнала в этой точке исправляется, для чего используются соседние отсчеты. Когда в данной ,|5 точке отсчет не искажен, значение сигнала в этой точке остается без изменения. Реализуемый устройством алгоритм сглаживания кратко представляется в виде следующего соотношения:

f(i)

g(i), |g(i)-g(i)hcr(i)

g(i), igCD-gCiJ.UJ fi),

1529246Л

Отсчеты (выборки) входного сигнала последовательно в соответствии с частотой генератора 13 поступают. на вход блока 2 элементов задержки, т,е, на вход первого элемента задержки 1, Каждый из элементов задержки 1 блока 2 осуществляет задержку на один отсчет входной последовательности отсчетов сигнала. Например, на третьем выходе блока 2 в каждом такте устройства присутствует код отсчета g(k-N), в то время как на первом выходе блока 2, т,е, на выходе первого элемента задержки , присутствует код отсчета g(k), В каждом такте работы устройства блок 3 рекурсивно вычисляет квадрат локального среднего значения a(k) по симметричной окрестности из N-1 точек относительно отсчета g(k-l), не включая этот отсчет, где 1 (N-l)/2, с использованием следующего соотношения:

(2)

20

(1)

a(k) - -:-у- S(k) - g(k-l),

-сигнал, искаженный импульсным шумом;

-результат адаптивного сглаживания;

-локальная оценка значения g(i), т,е значение сигнала, вычисленное по симметричной окрестности точки 1 из N-1 точек, не включая eej

сГ(1) - переменный (адаптивный) порог, значение которого вычисляется в каждой точке сигнала по окрестнос- ти точки i, При этом зна- чение cr(i) пропорцио- . нально погрешности (сред- нему квадратическому отклонению) кусочно-линейной аппроксимации отрезком длиной в N точек,который не включает текущую точку i.

Локальная оценка g(i) значения i) в точке определяется следующим разом:

(2)

a(k) - -:-у- S(k) - g(k-l),

где S(k) - сумма N последовательных отсчетов сигнала.

Посредством блока 4 в каждом такте работы вычисляется локальное среднее значение квадратов отсчетов сигнала b(k) по следующему соотношению:

,(3)

b(k) ---L-.- T(k) - gVk-D ,

где T(k) - сумма квадратов значений N последовательных отсчетов входного сигнала.

Вычислитель 7 погрешности аппроксимации осуществляет вычисление дисперсии кусочно-линейной аппроксимации на основе следующего соотношения:

45 d(k) b(k) - a(k) - c -(k)/r, (4)

где г 1(1+0(21+1) /3, а c(k) вычисляется с помощью рекуррентного соотношения

c(k) c(k-l) - S(k) +

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов, например, для уменьшения уровня случайных помех в изображении. Целью изобретения является повышение точности сглаживания сигнала. Устройство содержит блок задержки, сумматор, блок вычисления квадрата среднего значения, блок вычисления среднего квадрата, блок вычисления коэффициента наклона линейного регрессии, блок постоянной памяти, вычитатель, блок извлечения квадратного корня, компаратор, коммутатор и генератор тактовых импульсов. За счет реализации адаптивного алгоритма сглаживания предлагаемое устройство дает возможность удалить импульсные помехи и вместе с тем не исказить в значительной мере исходный (неискаженный) сигнал. Данное устройство позволяет повысить точность сглаживания при сравнительно небольших схемотехнических затратах путем рекурсивного вычисления основных статистических характеристик входного сигнала для осуществления адаптивного сглаживания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

л,, I

g(i) ---

(k).

1 ke w(i)

тде w(i) - симметричная окрестность точки i из (К-1)-точек, не вклю- 1чающая точку io.,.-.

: Устройство работает следующим об- ;разом.

. .Й-1) ()

(N

) 2

g(k),

(5)

Зн-ачение a(k) иЗ-с(к)/1(1 + + l)(21+l) являются соответственно свободным членом и коэффициентом наклона в уравнении отрезка прямой линии, которые определяются по методу наименьших квадратов. Применение рекурсивных соотношений (2 ), (3) и (5) для вычисления этих коэффициентов, которые также входят в формулу дисперсии (4), позволяет значительно I сократить схемотехнические з атраты при реализации данного устройства, .Значение c(k) вычисляется в k-м такте работы устройства в блоке 5 и является выходным значением накапли- ванлдего сумматора 18, С второго выхода блока накопленная сумма S(k) последовательных отсчетов сигнала поступает через элемент 20 задержки на вход вычитателя 17, Элемент 20 задержки осуществляет задержку на два такта и может быть реализован в виде двух последовательно соединенных регистров-фиксаторов,тактовый вход которых объединен с выходом генератора 13, Элемент 19 постоянной памяти таблично реализует операцию возведения в квадрат и деления результата на г, а также изменяет знак с плюса на минус и представляет выходное отрицательное значение в дополнительном коде. Таким образом, элемент 19 таблично вычисляет функцию -(х )/г, где X - входное значение, которое поступает на адресньй вход блока 19 постоянной памяти, С выхода сумматора 6 вычисленное значение локальной дисперсии d(k) согласно формуле (4) поступает на адресный вход блока 8 постоянной памяти,Блок 8 таблично реализует функцию F(X) ,где о - постоянный коэффи-. диент адаптации. Коэффициент адаптации, имеющий значения 1,,3, задается перед началом работы устройства путем соответствующего программирования блока- 8 постоянной памяти,Поэтому на выходе блока 8 постоянной памяти присутствует значение переменного порога, вычисленное по окрестности текутцей точки, Вьгчитатель 10, компаратор 11 и коммутатор 12 используются для реализации устройствЬм соотношения (l). Таким образом,на выходе устройства, который является выходом коммутатора 12, поступает значение очередного отсчета f(i) результата адаптивного сглаживания.

Формула изобретени

1, Устройство для адаптивного скользящего сглаживания, содержащее

5

0

5

0

5

0

5

0

5

блок задержки, блок вычисления сред--, него квадрата, блок вычисления квадрата среднего, сумматор, блок вычитания, коммутатор, блок извлечения квадратного корня и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами синхронизации блоков задержки, вычисления среднего квадрата, вычисления квадрата среднего, извлечения квадратного корня и сумматора, информационный вход блока задержки соединен с первыми информационными входами блоков вычисления квадрата среднего и вычисления среднего квадрата и является информационным входом устройства, первый выход блока задержки подключен к вторым информационным входам блоков вычисления среднего квадрата и квадрата среднего, информационный выход блока вычисления квадрата среднего соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход коммутатора является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены блок памяти, блок сравнения и блок вычисления коэффициента линейной регрессии, первьш, второй и третий информационные входы которого подключены к информационному входу устройства, к выходу блока задержки и к выходу суммы блока вычисления квадрата среднего, информационный выход которого соединен с первым входом сумматора, второй и третий входы которого подключены соответственно к- выходам блока вычисления коэффициентов линейной регрессии и блока вычисления среднего квадрата, выход сумматора соединен с адресным входом блока памяти, выход которого подключен к первому входу блока сравнения,выход Равно которого соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход блока задержки подключен к третьим информационным.входам блоков вычисления среднего квадрата, вычисления квадрата среднего, к входу уменьшаемого блока вычитания, к первому информационному входу коммутатора,второй информационный вход которого соедгшен с выходом блока извлечения квадратного корня, подключенным к входу вычитаемого блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения.

чр

Н.

капливающий сумматор, два умножителя на постоянный коэффициент,элемент памяти и элемент задержки,вход

торого является третьим входом бло, первым и вторым входами которого Q

КС К

ягля ются входы первого и второго ум- нсжителей на постоянный коэффициент, выходы которых соединены с входами мматора, выходы, которого подключе15292468

3, Устройство по п,1, отличающееся тем, что блок вычисления квадрата среднего содержит два вычитателя, накапливающий сумма тор, элемент памяти и элемент задер ки, вход которого является третьим информационным входом блока , первым и вторым информационными входами ко торого являются входы уменьшаемого вычитаемого первого вычитателя,выхо которого подключен к информационном входу накапливающего сумматора,выхо которого соединен с входом уменьшае го второго вычитателя и является вы ходом суммы блока, к входу вычитаем го второго вычитателя подключен выход элемента задержки, выход второ го вычитателя соединен с адресным входом элемента памяти, выход котор го является информационным выходом блока, входом синхронизации которог являются входы синхронизации элемен та памяти, накапливающего сумматора и вьгчитателей.

нь

В5

к входу вычитаемого вычитателя, од уменьшаемого которого.подключен выходу элемента задержки,выход вы- тателя через накапливающий сумма

41тс р соединен с адресным входом эле- м«нта памяти, выход которого являетсяЦ1

выходом блока, входом синхрониза- и которого являются входы синхронизации элемента памяти, накапливающего сумматора, вычитателя, сумматора умножителей на постоянный коэффи-

и

ц:1енто

числения квадрата среднего содержит два вычитателя, накапливающий сумматор, элемент памяти и элемент задержки, вход которого является третьим информационным входом блока , первым и вторым информационными входами которого являются входы уменьшаемого и вычитаемого первого вычитателя,выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумматора,выход которого соединен с входом уменьшаемого второго вычитателя и является выходом суммы блока, к входу вычитаемого второго вычитателя подключен выход элемента задержки, выход второго вычитателя соединен с адресным входом элемента памяти, выход которого является информационным выходом блока, входом синхронизации которого являются входы синхронизации элемента памяти, накапливающего сумматора и вьгчитателей.

Составитель С.Ионкин Редактор М.Циткина Техред Л.Олийнык Корректор Э.Лончакова

Заказ 7644/46

Тираж 668

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Ьыход

Фиг.З

Подписное