Устройство для адаптивного скользящего усреднения

 

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 вывычисления 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 06 F 15 36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3914286/24-24 (22) 18.06.85 (46) 15.01.87. Бюл. Р 2 (71) Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко (72) В.В. Грицык, А.И. Луцык и P.M. Паленичка (53) 681.333(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

И=. 1012272, кл. С 06 Р 15/36, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1003096, кл. G 06 Р 15/36, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО

СКОЛЬЗЯЩЕГО, УСРЕДНЕНИЯ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть ис„.SUÄÄ 1283793 А 1 пользовано в системах цифровой обработки сигналов, например, для уменьшения уровня шума в сигнале изображения. Цель изобретения — повышение 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 вывычисления квадрата среднего, блок вычитания, блок извлечения квадратного корня, селектор минимума, коммутатор (мультиплексор) и генератор тактовых импульсов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1283793

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов, например, для уменьшения уровня шума в изображении. 5

Цель изобретения — повышение точности °

На Аиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— иллюстрируется размещенйе трех воз- 1О можных отрезков л„ 1 и длиной г. каждый локального усреднения входного сигнала f(t) относительно точки дискретизации tt, на Аиг. 3 — структурная схема блока вычисления среднего квадратов; на фиг. 4 — структурная схема блока вычисления квадрата среднего; на фиг. 5 — структурная схема селектора минимума.

Устройство содержит аналого-цифро- вой преобразователь 1 (АЦП), 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 элементов задержки 7, третий блок элементов задержки 8, селектор минимума 9, коммутатор 10 и генератор тактовых импульсов (ГТИ) 11 °

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

Блок вычисления квадратов сРеднего значения содержит вычитатель 16, накапливающий сумматор 17 и блок постоянной памяти 18.

Селектор минимума содержит три компаратора 19, шесть элементов ИЛИ 40

20 и блок постоянной памяти 21.

Устройство реализует метод адаптивного усреднения сигнала f(t) по трем возможным отрезкам а 1, 1 и 45 йь, длиной с каждый, относительное расположение которых иллюстрируется на фиг. 2 для точки дискретизации

В данном методе для каждой точки t„ вычисляются три локальные 5p средние значения и три дисперсии по отсчетам трех отрезков а 1, Ь и 6 и определяется минимальное значение этих трех дисперсий. Тогда результату скользящего усреднения g(t) вход- 55 ного сигнала f(t) в точке ;,присваивается локальное среднее значение по тому из трех отрезков, для которого дисперсия минимальна.

0 =(1 и уг, ) к-1 i-К+1

К 1 т.е. дисперсия Э „ является разностью 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 осове следующего рекурентного соотноения:

1 а =а + f — — — f.

1 11 и 1 и

В блоке 4 с помощью блока I8 таблично реализуется следующая функция

1 ч (х) = (х) г, где х — двоичный код адреса блока 18. В результате этого на выходе блока 18 Аормируется код значения а .. Блок 3 в каждом

1 такте работы устройства рекурсивно вычисляет локальное, среднее значение

bt квадратов и отсчетов сигнала по следующему рекуррентному соотношению: ь1 =ь. + 1 f2 — --- f2

Ф1 n i n

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

Устройство работает следующим образом, Отсчеты (выборки) входного сигнала с выхода АЦП 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 n — - количество точек дискретизации (отсчетов) на один отрезок усреднения длиной . В каждом такте работы устройства на выходе

АЦП 1 присутствуют двоичный код одного отсчета сигнала fi а на выходе элемента задержки 2 — код отсчета

f, g. Локальные дисперсии по и последовательным отсчетам сигнала вычисляются с помощью блока 3 вычисления среднего квадратов, блока 4 вычисления среднего квадрата и блока 5 вычитания путем реализации следующей Аормулы: 1283793 и блока 13, т.е. в этом блоке осуществляется функция Q (х) = х /Il, Код разнбсти f /п — f2; /п присутствует на выходе вычитателя, 14. В каждом такте работы устройства на выходе на-5 капливающего сумматора 15 формируется код числа b; . Код разности bi -а2, т.е. код локальной дисперсии Э;, вычисленной по формуле (1), формируется на выходе блока 5 вычитания. Блоки 3 и 4 работают параллельно, а также вычисления в этих блоках и блоке 5 вычитания осуществляется в конвейерном режиме. Это значит, что в каждом такте работы устройства вычис- 15 пения реализуются одновременно во всех составных узлах блока 3, блока

4 и блока 5 вычитания. Например, если в 1-м такте работы в блоках 12 и 13 вычисляются значения f /n u

1 г2 /п, то одновременно в этом такте в вычитателе 14 формируется код раз1, 1 ности — — f, — — — — Л а в накапи 1-1 и 1-31-19 ливающем сумматоре 15 одновременно вычисляется код Ь;.< по следующему соотношению

1 1

f2 b2, ЗО и

1- И-2

Выходной код блока 4 поступает на вход блока 6 извлечения квадратного корня, который с целью повышения быстродействия устройства реализуется в виде ПЗУ, таблично реализующего операцию извлечения квадратного корня. В каждом такте работы устройства на выходе блока 6 формируется код локального, среднего значения а; по щ и отсчетам входного сигнала,поскольку на его адресний вход поступает код значения а . В каждом такте работы на вхоцы селектора минимума 9 с выхода блока 5 вычитания и первого и второго выходов третьего блока 8 задержки поступают коды трех локальHblx дисперсий D< и, D i » i+w

I где m = (и-1) /2 и п — нечетные целые числа. Второй 7 и третий 8 бло- 5п ки задержки состоят иэ и- 1 последовательно соединенных элементов задержки на один отсчет, причем первый вьжод каждого из них является выходом элемента задержки с номером 55 (n -l) /2, а второй выход - выходом . элемента задержки с номером и-1. На выходе селектора минимума 9 формируется двухразрядный двоичный код номера минимального значения трех дисперсий D;„, 1>„и D; » Код минимального значения на выходе селектора минимума 9 определяется с использованием ПЗУ 2 1, на адресный вход которого через элементы ИЛИ 20 поступают результаты попарного сравнения трех дисперсий посредством компараторов 19.

В кажойг ячейке памяти блока 2 1, 1 соответствующей определенной комбинации выходньж значений элементов ИЛИ

20, хранится код номера минимального значения из трех чисел на входе селектора минимума. Коммутатор (мультиплексор) 10 выполняет функцию переключения на выход устройства одного из трех кодов локальных средних значений а„», а„и а; „„с вьгхода 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 усреднения входного сигнала. формула изобретения

1. Устройство для адаптивного скользящего усреднения, содержащее аналого-цифровой преобразователь, блок вычитания, блок извлечения квадратного корня, элемент задержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности, в него введены блоки элементов задержки, генератор тактовых импульсов, кдммутатор, селектор минимума, блок вьгчисления среднего значения квадратов, блок вычисления квадрата среднего значения, выход аналого-цифрового преобразова-. теля подключен к входу элемента задержки, который объединен с входами задания i-го отсчета блока вычисления среднего значения квадратов и блока вычисления квадрата среднего значения, входы задания (i+n)-х отсчетов которьгх объединены и соединены с выходом элемента задержки, выход блока вычисления среднего значения квадратов подключен к первому входу блока вьгчитания, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления квадрата среднего значения и объединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого подключен к входу первого бло1283793 ка 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 управляющие входы коммутатора подключены к выходу первого и второго разрядов селектора минимума соответственно, первый, второй информационные входы селектора минимума соединены с

I первым и вторым выходами второго блока элементов задержки соответственно, вход которого объединен с третьим информационным входом селектора минимума и подключен к выходу блока вычитания, тактовые входы блоКоВ вычисления среднего значения квадратов, вычисления квадрата средьего значения, селектора минимума, аналого-цифрового преобразователя, блока вычитания и блока извлечения квадратного корня объединены и соединены с выходом генератора тактовых импул ь с ов е

2. Устройство IIo II, 1, o T JI H ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления среднего значения квадратов содержит,цва блока постоянной памяти, вычитатель, накапливающий сумматор, тактовые входы первого и второго блоков постоянной памяти, вычитателя и накЛпливающего сумматора объединены и подключены к тактовому входу блока вычисления среднего

5 значения квадратов, входы задания

i-ro и,(i+II)-го отсчетов которого соединены соответственно с информационным входом первого и второго блоков постоянной памяти, выходы которых подключены с.оответственно 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, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления квадрата среднего значения содержит блок постоянной памяти, выл читатель, накапливающий сумматор, тактовые входы. которых объединены и подключены к тактовому входу блока вычисления квадратов среднего значения, входы i-го и (i+II)-ão,oòñ÷åòoâ которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами вычитателя, выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумматора, выход которого

ЗО соединен с информационным входом бло. ка постоянной памяти, выход которого подключен к выходу блока.

1283793 ю3т

Составитель И. Мухин

РедактоР В. КовтУн ТехРед Ц.Попович Корректор М, Пожо

Заказ 7444/4 1 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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