Устройство для адаптивного скользящего сглаживания

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„15292 (51)4 0 06 F 15/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4323320/24-24 (22) 02 ° 11 ° 87 (46) 15.12,89 .Бюл. » 46 (71) Физико-механический институт им, Г.В,Карпенко АН УССР (72) В.В.Грицык, Н.Н,Гнатив и P.M,Ïàëåíè÷êà (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1»-. 1387017, кл. 0 06 F 15/36> 1986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО

СКОЛЬЗЯЩЕГО СГЛАЖИВАНИЯ (57) 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 задерж>

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 вычисления квадрата среднего.

Устройство содержит »1+1 элементов задержки 1, составляющих блок 2 элВментов задержки, блок 3 вычисления

2 ки, сумматор, блок вычисления квадра-, та среднего значения, блок вычисления среднего квадрата, блок вычисления коэффициента наклона линейной 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 с (D схемотехнических затратах путем реI курсивного вычисления основных статис- уу тических характеристик входного сигнала для осуществления адаптивного сглаживания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. 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.постояннь»й коэффициент, сумматор

16, вычитатель 17, накапливающий сумматор 18, элемент 19 памяти, элемент

20 задержки. Блок 3 содержит вычита- . тели 21,22, накапливающий сумматор

152924б ()= (N-1)

+ ††: — — g(k-N) +

? (И + 1) + — — — — — g(k).

23, элемент 24 памяти, элемент 25 задержки.

Устройство реализует адаптивный лгоритм сглаживания типа "Обнаруже5 ие" — "Справление" для уменьшения ровня импульсного шума в сигнале, этом алгоритме на первом этапе осуествляется обнаружение тех отсчетов (точек) сигнала, которые искажены . мпульсной помехой, Если в текущей очке сигнал искажен импульсной поме1 ой, то значение сигнала в этой точе исправляется, для чего используютя соседние отсчеты. Когда в данной очке отсчет не искажен, значение игнала в этой точке остается без изенения. Реализуемый устройством лгоритм сглаживания кратко представяется в виде следующего соотношения: 20 а1), а1) Г(1) 7 (1) (1) g (i ), I g(i ) - (i-) 1 <4i ), pe g(i) — сигнал, искаженный импульсным шумом;

f (i) — результат адаптивного сглаживания; п

g(i) — локальная оценка значения

g(i) т,е, значение сигна- 30 ла, вычисленное по симметричной окрестности точки i из N-1 точек, не включая ее; д (1.) — переменный (адаптивный) 35 порог, значение которого вычисляется в каждой точке сигнала по окрестнос1 ти точки i, При этом значение с (i ) пропорцио- 40 нально погрешности (среднему квадратическому отклонению) кусочно-линейной аппроксимации отрезком длиной в N точек,ко- 45 торый не включает текущую точку i. и

Локальная оценка g(i) значения, g(i) в точке определяется следующим .образом: 50 л . 1

g(i) = — — — —— g(1), г= l 16аЯ где w(i) — симметричная окрестность

:точки i из (N-l )-точек, не включающая точку х.

Устройство работает следующим образом.

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 отсче Та g(k-N)y в то время как на первом выходе блока 2, т,е, на выходе первого элемента задержки 1, 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 -1), не включая этот отсчет, где 1 = (N-1)/2, с использованием следующего соотношения: (2)

a(k) = --- -1- (s(k) — (-1)) где S(k) — сумма И последовательных отсчетов сигнала.

Посредством блока 4 в каждом такте работы вычисляется локальное среднее значение квадратов отсчетов сигнала.

Ь(К) по следующему соотношению: (3) 1(k) = — „— —,— Е (1 ) — g (k-1)1, где Т(К) — сумма квадратов значений

N последовательных отсчетов входного сигнала, Вычислитель 7 погрешности аппроксимации осуществляет вычисление дисперсии кусочно-линейной аппроксимации на основе следующего соотношения:

<(k) = b(k) — a (k) — с" (k)/r, (4) где г = 1(1+1)(21+1) /3, а c(k) вычисляется с помощью рекуррентного соотношения

c(k) = с(k-1) — S(k) + Значение a(k) и 3 c(k)/1(1 +

+ 1)(21+1) являются соответственно свободным членом и коэффициентом нак1

1529246

1 лона в уравнении отрезка прямой линии, которые определяются по методу наименьших квадратов, Применение рекурсивных соотношений (2 ), (3) и (5) для вычисления этих коэффициен5 тов, которые также входят в формулу дисперсии (4), позволяет значительно, сократить схемотехнические з атр аты

1 при реализации данно го устройств а,,Значение c(k) вычисляется в k-м такте работы устройства в блоке 5 и является выходным значением накапливающего 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 25 возведения в квадрат и деления результата íà r, а также изменяет знак с плюса на минус и представляет выходное отрицательное значение в дополнительном коде, Таким образом, элемент 19 таблично вычисляет функцию -(х )/r, где х — входное значение, которое поступает на адресный вход блока 19 постоянной памяти, С выхода сумматора 6 вычисленное значение локальной дисперсии d(k) соглас35 но формуле (4) поступает на адресный вход блока 8 постоянной памяти, Блок

8 таблично реализует функцию F(x) ,где 4 постоянный коэффи 40 циент адаптации. Коэффициент адаптации, имеющий значения 1, ° .3, задается перед началом работы устройства путем соответствующего программирования блока. 8 постоянной памяти.Поэ- 45 тому на выходе блока 8 постоянной памяти присутствует значение переменного порога, вычисленное по окрестности текущей точки, Вычитатель 10 компаратор 11 и коммутатор 12 исполь50 зуются для реализации устройством соотношения (1), Таким образом,на выходе устройства, который является выходом коммутатора 12, поступает значение очередного отсчета r(i) результата адаптивного сглаживания, Формула изобретения

1, Устройство для адаптивного скользящего сглаживания, содержащее 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 сое— динен с входами синхронизации блоков задержки, вычисления среднего квадрата, вычисления квадрата среднего, извлечения квадратного корня и сумматора, информационный вход блока

1 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, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены блок памяти, блок сравнения и блок вычисления коэффициента линейной регрессии, первьп, 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

tt tt

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 соединен с выходом блока извлечения квадратного корня, подключенным к входу вычитаемого блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, 1529?46

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления коэффициента линейной perр ссии содержит вычитатель, сумматор, У

FI:": каплнвающий сумматор, два умножителя на постоянный коэффициент,элемент памяти и элемент задержки, вход ксторого является третьим входом блок, первым и вторым входами которого щ я ляются входы первого и второго умн жителей на постоянный коэффициент, н ходы которых соединены с входами с мматора, выходы которого подключен к входу вычитаемого вычитателя, 15 в од уменьшаемого которого. подключен к выходу элемента задержки, выход выч тателя через накапливающий суммат р соединен с адресным входом элем нта памяти, выход которого являет- 20 с выходом блока, входом синхронизац и которого являются входы синхрониз ции элемента памяти, накапливающег сумматора, вычнтателя, сумматора и умножителей на постоянный коэффициент.

3, Устройство по п,1, о т л и— ч ающе е с я тем, что блоквычисления 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 вычитателей, 1529246

Фи@ 3

Составитель С.Ионкин

Редактор М.Циткина Техред Л.Олийнык Корректор Э,Лончакова

Подписное

Тираж 668

Заказ 7644/46

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101