Устройство для обработки информации Советский патент 1991 года по МПК G06F17/17 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обработки двумерных информационных массивов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет возможности вычисления гистограммы распределения элементов массива.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство для обработки информации содержит блок 1 памяти входных отсчетов, блок 2 памяти коэффициентов, блок 3 памяти результатов, блок 4 формирования адресов, мультиплексоры 5 и 6, сумматор 7, мультиплексор 8, информационный вход 9, вход 10 начальной установки, синхровход 11, вход 12 задания режима вычислений, вход 13 задания режима записи-чтения результатов, выход 14 индикации окончания вычислений, счетчик 15 адресов отсчетов, счетчик 16 адресов коэффициентов, счетчик 17 вертикальных сдвигов, счетчик 18 горизонтальных сдвигов, элемент ИЛИ 19, триггер 20, дешифратор 21, сумматор 22, дешифратор 23, умножитель 24, мультиплексор 25, сумматор 26, информационный выход 27.

Устройство реализует вычисление двумерной циклической свертки, а также вычисление гистограмм.

Формула для вычисления двумерной циклической свертки имеет следующий вид:

л М - 1 N - 1

fkl Е S hi g k +i l+j , k О, К-1,

I 0 J 0

,L-1,

где fkr отсчет обработанного изображения (выходного);

L - количество отсчетов в столбце изображения;

К - количество отсчетов в строке изображения;

hi - весовые коэффициенты;

gki - отсчеты входного изображения;

М - количество элементов в столбце матрицы весовых коэффициентов;

N - количество элементов в строке матрицы весовых коэффициентов.

Устройство работает следующим образом.

В пассивном состоянии на входах 10 и 13 устройства устанавливается значение ло- гической 1. Сигнал с входа 10 устройства устанавливает в нулевое состояние триггер 20 и все счетчики блока 4, тем самым в нулевом состоянии оказываются все выходы блока 4 и выход блока 7. Значение логического О с выхода триггера 20, поступая

на вход управления блока 1 и управляющий вход мультиплексора 8, переводит блок 1 в режим записи, а выход мультиплексора переключает к его информационному входу,

соединенному с входом 3 устройства.

Значение логической 1 с входа 13 устройства, поступая на управляющий вход мультиплексора 5, переключает выход последнего к его информационному входу, ус0 тановленному в нулевое состояние.

Устройство начинает функционировать, т.е. переходит в активное состояние, когда на вход 9 устройства начнут последовательно поступать отсчеты входного изображе5 ния. В этот же момент внешнее устройство переводит входы 10 и 13 устройства в состояние логического О. Таким образом, на информационный вход блока 3 начинают поступать значения с выхода сумматора 26.

0 Значение логического О на входе 10 устройства разрешает производить счет счетчикам блока 4.

В момент поступления первого отсчета входного изображения на вход 9 устройства

5 в зависимости от того, какую функцию необходимо реализовать: двумерную циклическую свертку или вычисление гистограммы, внешнее устройство на входе 12 устройства выставляет соответственно значение логи0 ческого О или Г.

Предположим, что необходимо реализовать функцию двумерной циклической свертки, т.е. на входе 12 устройства выставляется значение логического О. Тем самым

5 выход мультиплексора 6 переключается к своему информационному входу, соединенному с выходом счетчика 15. Сигнал с входа 12 устройства переключает выход мультиплексора 25 к своему информационному вхо0 ду, соединенному с выходом умножителя 24, и поступает на вход входного переноса сумматора 26, Таким образом реализуется функция суммирования значения, поступившего из блока 3, со значением результата произве5 дения значений, поступивших из блока 2 и с выхода мультиплексора 8.

Отсчеты входного изображения, поступающие на вход 9 устройства синхронно с тактовыми импульсами на входе 11 устрой0 ства, в первом цикле записываются в блок 1 и одновременно проходят через мультиплексор 8 на вход умножителя 24. В этом цикле, так как содержимое счетчиков 17 и 18 равно нулю, результат на выходе сумматора

5 7 равен нулю, т.е. в каждый момент времени в каждом цикле значение адресов, формируемых для блоков 1 и 3, совпадает. Отсчеты входного изображения с выхода мультиплексора 8 поступают на первый вход-умножителя 24, на другой вход которого из блока

2 поступает значение весового коэффициента hoo. В умножителе 24 отсчеты gk| перемножаются на значение весового коэффициента hoo и через мультиплексор 25 поступают на вход сумматора 26, на другой вход которого поступают нулевые значения из блока 3, т.е. произведения hoo Qki проходят через сумматор 26 без изменений и поступают через мультиплексор 5 на информационный вход блока 3. Управление режимом работы блока 3 осуществляется импульсами с входа 11 устройства, т.е. в течение одного периода тактового импульса сначала происходит считывание данных из блока 3, а затем запись данных в эту же ячейку памяти. Произведения hoo gkj записываются с начального адреса в последовательно расположенные ячейки блока 3 по адресам, формируемым счетчиком 15.

Первый цикл заканчивается, когда в блоке 1 будут записаны все KL отсчетов входного изображения и в блоке 3 будут записаны также KL произведений hooQkj, k 0. K-1.1 6,1-1.

В этот же момент счетчик 15 формирует сигнал переноса, который поступает и на вход установки в единичное состояние триггера 20. Сигнал логической 1 с выхода триггера 20 переводит в режим чтения блок 1 и переключает мультиплексор 8. Теперь на выход мультиплексора 8 будут поступать данные с выхода блока 1. Сигнал переноса с выхода счетчика 15 поступает также и на счетные входы счетчиков 16 и 18. Таким образом, в следующем цикле адреса, по которым будет производиться выборка отсчетов из блока 1, в каждый момент времени на единицу больше, чем адреса, по которым производится чтение и запись в блок 3. Одновременно изменяется адрес, по которому п роисходит вы борка значения весового коэффициента в блоке 2, поступающий из счетчика 16. Из блока 2 будет выбрано значение весо- вого коэффициента hoi, которое поступит на вход умножителя 24. На другой вход умножителя 24 поступят отсчеты gk. 1+1.

Отсчеты gk, и-1 в умножителе 24 пере- множаются на значение весового коээфи1 циента ho-i и получившиеся произведения через мультиплексор 25 проходят на информационный вход сумматора 26, где суммируются с произведениями h0ogk|, поступающими из блока 3. Получившиеся частичные суммы h0«gk. i-n + hooQklзаписываются в блок 3 на места произведений h0o9k Второй цикл заканчивается, когда опять будет считано все содержимое блока 1 памяти и во всех ячейках блока 3 будут сформиро5

ваны суммы вида hoogkf + hoigk. н-1. , K-1, ИОПРГ

Как и в предыдущем цикле, в этот момент счетчик 15 формирует сигнал переноса, который поступает на счетные входы счетчиков 16 и 18.

После N повторений таких циклов в блоке 3 будут накоплены суммы

N -1

2 hOj 9k.i+j

После окончания указанных N циклов счетчик 18 примет значение, равное N. Это, в свою очередь, приводит к срабатыванию дешифратора 21, сигнал с выхода которого через элемент ИЛИ 19 поступает на вход установки в нулевое состояние счетчика 18 горизонтальных сдвигов и на счетный вход счетчика 17 вертикальных сдвигов.

После MN циклов в блоке 3 будут сформированы суммы вида

М -1 N -1

,„ ,0 Ц .и,

которые являются отсчетами изображения tk.i, . K-M-1. , L-N-1.

В этот же момент счетчик 15 вырабатывает сигнал переноса, который поступает на счетный вход счетчика 18, в результате чего он примет значение N. Последнее заставляет срабатывать дешифратор 21, сигнал с выхода которого поступает на счетный вход счетчика 17. Таким образом счетчик 17 вертикальных сдвигов примет значение М, что в свою очередь приведет к срабатыванию дешифратора 23. Сигнал с выхода последнего поступает на выход 14 устройства, тем самым информирует внешнее устройство, что вычисление двумерной циклической свертки окончено. С получением этого сигнала внешнее устройство на входе 13 выставляет сигнал логической 1. Тем самым на информационный вход блока 3 с выхода мультиплексора 5 начнут поступать нулевые значения.

В следующем цикле отсчеты щ обработанного изображения поступают блока 3 памяти на информационный выход устройства. На их место в блок памяти записываются нулевые значения с выхода мультиплексора 5, переключенного на свой вход, связанный с потенциалом логического О. После того, как внешнее устройство получит все отсчеты обработанного изображения и, соответственно, весь блок 3 будет обнулен, внешнее устройство подает на вход 10 устройства сигнал логической 1, т.е. устройство для обработки изображений переводится в пассивное состояние.

В случае, когда необходимо вычислить гистограмму исходного изображения в момент перевода в активное состояние устройства для обработки изображений, внешнее устройство на входе 12 выставляет сигнал логической 1. В результате переключаются мультиплексоры 6 и 25 и на входе входного переноса сумматора 26 устанавливается значение логической 1. Как следствие этих изменений, на адресный вход блока 3 через мультиплексор б будут поступать отсчеты входного изображения с информационного входа устройства. Сумматор 26 будет производить инкрементирование данных, поступающих из блока 3. Необходимо также вспомнить, что в пассивном состоянии устройства блок 3 содержит нулевые значения. В режиме вычисления гистограммы отсчеты входного изображения с информационного входа устройства через мультиплексор 6 поступают на адресный вход блока 3. На выходе этого блока появляется содержимое той ячейки памяти, чей адрес задается текущим отсчетом входного изображения. Число, содержащееся в ячейке памяти, поступает на вход сумматора 26; где оно увеличивается на единицу. Увеличенное на единицу число с выхода сумматора 26 поступает через мультиплексор 5 на информационный вход блока 3, где записывается в ту же ячейку блока 3 памяти.

Таким образом, с поступлением каждого нового отсчета входного изображения содержимое ячейки блока 3, адрес которой определяется значением упомянутого отсчета, увеличивается на единицу. Вычисление гистограммы заканчивается, когда на информационный вход устройства поступит последний отсчет входного изображения. В этот момент в блоке 3 оказываются записанными значения гистограммы входного изображения. Эти значения располагаются начиная с нулевой ячейки блока 3 памяти и до (2е -1) ячейки, где с - количество разрядов, которыми представляются отсчеты входного изображения В этот же момент внешнее устройство изменяет значения сигналов на входах 12 и 13 устройства. На входе 12 выставляется значение логического О.

Таким образом, на адресный вход блока 3 памяти через мультиплексор 6 будут поступать значения с выхода счетчика 15. В этот момент содержимое счетчика равно нулю. На входе 13 устройства выставляется значение логической 1, мультиплексор 5 переключается и, как следствие, на информационном входе блока 3 будет присутствовать значение нуля.

После поступления последнего отсчета входного изображения внешнее устройство последовательно получает дискретные значения гистограммы с информационного выхода устройства. На место считываемых дискретных значений гистограммы в блок 3 памяти записываются нулевые значения. После того, как все дискретные значения гистограммы поступят на информационный

0 выход устройства, внешнее устройство выставляет значение логической 1 на входе 10 устройства. Устройство переводится в пассивное состояние.

Формула изобретения

5 Устройство для обработки информации, содержащее блок памяти входных отсчетов, блок памяти коэффициентов, блок памяти результатов, умножитель, два сумматора и блок формирования адресов, причем ин0 формационный вход устройства подключен к информационному входу блока памяти входных отсчетов, адресный вход которого подключен к выходу первого сумматора, первый и второй информационные входы

5 которого подключены соответственно к выходу адреса входных отсчетов и выходу приращения адреса блока формирования адресов, выход адреса коэффициентов которого подключен к адресному входу блока

0 памяти коэффициентов, выход которого подключен к первому входу умножителя, выход блока памяти результатов подключен к информационному выходу устройства и к первому информационному входу второго

5 сумматора, синхровход устройства подключен к синхровходу блока формирования адресов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности вы0 числения гистограммы распределения элементов массива, в него введены четыре мультиплексора, причем информационный вход устройства подключен к первым информационным входам первого и второго

5 мультиплексоров, выходы которых подключены соответственно к второму входу умножителя и к адресному входу блока памяти результатов, вход режима записи-чтения и информационный вход которого подключе0 ны соответственно к синхровходу устройства и к выходу третьего мультиплексора, первый и второй информационные входы и управляющий вход которого подключены соответственно к выходу второго суммато5 ра, входу логического нуля устройства и к выходу задания режима записи-чтения результатов устройства, выход умножителя подключен к первому информационному входу четвертого мультиплексора, второй информационный вход и выход которого

подключены соответственно к входу логического нуля устройства и к второму информационному входу второго сумматора, вход задания режима вычислений устройства подключен к входу переноса второго сумматора и к управляющим входам второго и четвертого мультиплексоров, выход блока памяти входных отсчетов подключен к второму информационному входу первого мультиплексора, управляющий вход которого подключен к входу режима записи-чтения

0

блока памяти входных отсчетов и к выходу задания режима обмена блока формирования адресов, выход адреса входных отсчетов которого подключен к второму информационному входу второго мультиплексора, вход начальной установки и выход индикации окончания вычислений блока формирования адресов подключены соответственно к входу начальной установки устройства и к входу индикации окончания вычислений устройства.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обработки двумерных информационных массивов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения вычисления гистограммы распределения элементов массива. Устройство содержит блок 1 памяти входных отсчетов, блок 2 памяти коэффициентов, блок 3 памяти результатов, блок 4 формирования адресов, мультиплексоры 5, 6, 8, 25, сумматоры 7, 22, 26, счетчики 15 адресов отсчетов, счетчик 16 адресов коэффициентов, счетчик 17 вертикальных сдвигов, счетчик 18 горизонтальных сдвигов, элемент ИЛИ 19, триггер 20, дешифраторы 21, 23, умножитель 24. 1 ил.