Устройство для сегментации сигнала Советский патент 1989 года по МПК G06F17/18 

t«f.S)ioi S/np.txod

(Л

СП

со

00

Изобретение относится к радиотехнике и вычислительной технике.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет выполнения адаптивной кусочно-линейной сегментации.

На чертеже представлена схема устройства .

Устройство содержит аналого-цифро- вой прербразователь 1 (АЦП), блок 2 элементов задержки, блок 3 вычисления квадрата среднего значения, блок 4 вычисления среднего значения квадратов, алгебраический сумматор 5, блок 6 элементов И, алгебраический сумматор 7, блок 8 вычисления квадратого корня, дискриминатор 9, второй блок 10 элементов задержки, сумматор 11, функциональный преобразователь 12, компаратор 13, квадратор 1 и генератор 15 тактовых импульсов.

Устройство осуществляет адаптивный алгоритм сегментации сигнала как реализации кусочно-стационарного случай- ного процесса.При этом предполагается что входной сигнал является кусочно- постоянной или кусочно-линейной функцией времени плюс белый шум с нулевым средним. Это соответствует кусочно- стационарным авторегрессионным моделям скользящего среднего соответственно нулевого и первого порядка,для которых среднее значение аддитивного белого шума является постоянным в определен ных интервалах и меняется скачкообразно на границах этих интервалов. Процесс обнаружения границ отрезков постоянных значений параметров сигнала,- т.е. резких перепадов их значений, является сегментацией сигнала как одной реализации кусочно-стационарного случайного процесса. При этом в практических приложениях отрезки постоянства параметров могут соответст- вовать искомым физическим объектам, которые описывает данный сигнал. В данном алгоритме для каждой точки дискретизации t; входного сигнала вычисляются параметры локальной кусочно-постоянной или кусочно-линейной аппроксимации по точкам двух отрезков Л , и Л 2 одинаковой длины.

Расстояние между точками t; и t- выбирается в зависимости от резкости

.

изменения параметров, в частности точка t: может быть следующей точкой дискретизации после точки t; . При кусочно-линейной аппроксимации вида

с

юt5 20 25-JQ 40 45

50

55

i-fCt ) t вычисляется значение меры близости между параметрами а; и Ь, для отрезка Л, и а: и Ь; для отрезка исследующим образом:

t 1а;-а | -1-1ь;-Ь | .

Определяются дисперсии кусочно- линейной аппроксимации dj и d- для этих смежных отрезков. Тогда решение о наличии в данной точке границы между двумя сегментами (отрезками) определяется по следующему соотношению:

..,,, oJu6(d;-t-dj)+fi; ,

- - 10, (d,-bd;)-b(3, где - постоянный пороговый коэффициент;

р - минимальный пороговый уровень сегментации.

Значение f(t,) 1 означает, что в точке t; имеется резкое изменение параметров сигнала при его кусочно-линейной аппроксимации или при кусочно- постоянной аппроксимации. Значение задает то минимальное различие параметров при аппроксимации сигнала по двум отрезкам, которое должно быть обнаружено в процессе сегментации. В случае ci 0 устройство реализует обычную (неадаптивную) сегментацию сигнала. Когда в качестве входного сигнала в предлагаемое устройство вводится видеосигнал телевизионного изображения, то устройство осуществляет построчную сегментацию изображения по его яркости.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, подлежащий сегментации, поступает на информационный вход устройства, который является входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 1. В соответствии с частотой синхроимпульсов ГТИ 15 и АЦП 1 происходит дискретизация и квантование сигнала. На управляющем входе устройства постоянно присутствует сигнал или логической 1, или логического О. Если осуществляется кусочно-постоянная сегментация сигнала, то на управляющий вход устройства подается сигнал логического О, а в случае кусочно- линейной аппроксимации - единичный сигнал. Параметры кусочно-линейной аппроксимации а и Ъ относительно каждой точки t дискретизации сигнала вычисляются на основе следующих рекуррентных соотношений:

., +f,-f;.,; a Sv/n;

Т.Тк-Г5к+-2-- Л

Ь 12Тк/п(п2-1), где Г - i-й отсчет сигнала;

п - количество точек дискретизации для одного отрезка (i или ь );

S - сумма п последовательных отсчетов сигнала относительно точки t , ;

Ь.,- сумма последовательных отсчетов сигнала относительно точки t,.

Когда на выходе 1 присутствует в данном такте работы устройства отсчет f; , то на выходе блока 2 элементов задержки присутствует отсчет .. Дисперсия d кусочно-линейной или кусочно-постоянной аппроксимации вычисляется в каждом такте работы устройства по следующему соотношению:

н -г -я2 ук2/1 1 HilElizlZ (-i 2

где С |( - сумма квадратов п последовательных отсчетов сигнала, вычисленная в k-м такте работы устройства;

у - значение логического сигнала на управляющем входе устройства, при этом для кусочно-постоянной аппроксимации для кусочно-линейной аппроксимации. Очередное значение d , получают на выходе сумматора 7. Блок 3 работает в параллельно-конвейерном режиме и в каждом такте работы вычисляет квадрат среднего значения сигнала по его п последовательном отсчетам. Блок k в параллельно-конвейерном режиме работы вычисляет среднее значение квадратов п отсчетов сигнала С на основе рекуррентного соотношения. Второй параметр Ь кусочно-линейной аппроксимации вычисляется с помощью блока 5, который также работает в параллельно-конвейерном режиме. Если на управляющем входе устройства присутствует сигнал логического О, то при вычислении локальной дисперсии третье слагаемое в соотношении (3) превращается в О, поскольку в этом случае . В этом случае на выходе сумматора 7 получаем дисперсию кусочно-постоянной аппроксимации.

15311086

Квадратор 1 таблично реализует функцию возведения в квадрат значения

10

bj. и его умножения на постоянный коэффициент для вычисления дисперсии d, согласно формулы (3). В дискриминаторе У вычисляется значение меры близости между параметрами кусочно-постоянной или кусочно-линейной аппроксимации, вычисленными относительно отрезков Д, и Д. Вычисленное посредством дискриминатора 9 значение меры близости подается на первый вход компаратора 13. На второй вход компа 5 ратора 13 одновременно поступает значение адаптивного порога, который вычисляется согласно соотношения (1). Блок 10 элементов задержки осуществляет задержку на N отсчетов локальных

20 дисперсий d с целью получения одновременно дисперсии d; и дисперсии dj, . вычисленных для отрезков &i и Л соответственно. Преобразователь 12 таблично реализует операцию умножения

25 на постоянный коэффициент oi, значения суммы дисперсий аппроксимации для двух смещенных отрезков и сложения результата с коэффициентом /. На выходе компаратора 13 получается результат адаптивной сегментации сигнала.

30

Формула изобретения

5

0

Устройство для сегментации сигнала, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый алгебраический сумматор, блок вычисления квадрата среднего значения, блок вычисления среднего значения квадратов, блок вычисления квадратного корня, два блока элементов задержки и генератор тактовых импульсов, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом первого блока элементов

с задержки,с входами задания i-ro отсчета блока вычисления квадрата среднего значения и блока вычисления среднего значения квадратов, входы задания (i-n)-x отсчетов которых соеQ динены с выходом первого блока элементов задержки, выход блока вычисления среднего значения квадратов соединен с первым входом первого алгебраического сумматора, второй вход ко, торого соединен с выходом квадрата среднего блока вычисления квадрата среднего значения и входом блока вычисления квадратного корня, выход первого алгебраического сумматора

715

соединен с входом второго блока элементов задержки, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, первого и второго блоков элементов задержки, блока вычисления квадрата среднего значения, первого алгебраического сумматора и блока вычисления среднего значения квадратов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения адаптивной кусочно-линейной сегментации, в него введены второй алгебраический сумматор, дискриминатор, блок элементов И, сумматор, квадратор, функциональный преобразователь, компаратор, выход которого является выходом устройства, первый и второй входы второго алгебраического сумматора соединены соответственно с выходом аналого-цифрового преобразователя и выходом первого блока элементов задержки, выход среднего значения блока вычисления квадрата среднего значения

8

соединен с третьим входом алгебраического сумматора, выход которого соединен с первым входом блока элементов И, второй вход которого является входом задания вида аппроксимации устройства, выход блока элементов И соединен с входом квадратора и первым входом дискриминатора, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления квадратного корня, первый и второй входы и выход сумматора соединены соответственно с выходом вычитателя, выходом второго блока элементов задержки и входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом дискриминатора, выход квадратора соединен с третьим входом перво-о алгебраического сумматора, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами синхронизации дискриминатора, сумматора, квадратора, функционального преобразователя и второго алгебраического сумматора.

Изобретение относится к радиотехнике и вычислительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет выполнения адаптивной кусочнолинейной сегментации. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блоки 2,10 элементов задержки, блок 3 вычисления квадрата среднего значения, блок 4 вычисления среднего значения квадратов, алгебраические сумматоры 5,7, блок 6 элементов И, блок 8 вычисления квадратного корня, дискриминатор 9, сумматор 11, функциональный преобразователь 12, компаратор 13, квадратор 14, генератор 15 тактовых импульсов. 1 ил.