Устройство для вычисления двумерной свертки
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК щ) С 06 F 1)/347
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЬ|ТИЯМ, ПРИ ГННТ СССР (21) 4655690/24 (22) 27 02 Яа (46) 07,01.91. Бюл. № 1 (72) А.В.Василькевич и М.H.ßöèèèpñêI=,é (53) 681. 333 (088. 8) (56) Зарубежная радиоэлектроника, 1987, № 7, с.86, рис.1.
Воробейчик F..À.Ôèëüòðàöèÿ изображений при вводе видеоинформации в ЭВМ.-М.: ВИНИТИ, 1984, № 6726, с.3-5, рис.1, 2. (54) УСТРОЙСТВО JAN(ВЫЧИСЛЕНИЯ пВУМЕРНОЙ СВЕРТКИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении специализированных вычислительных систем, „„SU,„, 16193ОЗ 1 функционирующих в реальном масштабе времени Пель изобретения сокращение аппаратурных затрат. устройство содержит сдвиговые регистры f и 2, сумматоры 3-8, умнажители 9-11, буферные регистры 12-17, вход 18 тактовых импульсов, информационный вход 19 устройства, группу входов 20-22 задания коэффициентов ядра свертки, информационный выход 23 устройства. Устройство гозволяет вычислять двумерную свертку исходного массива о . " симметричным относи1) тельно центра ядром а р, (1, р. = 1; 3) .
Организация вычислений в конвейерном режиме обеспечивает высокое быстродействие устройства. 2 ил.
1619303 а а| а|
Краевые эффекты в предлагаемом устройстве на учитываются.
Устройство работает следующим образом.
Отсчеты двумерного массива поступают на информационный вход 19 уст- 4 ройства по строкам и заполняют регистры 1 и 2 сдвига, длина каждого из которых составляет М (M — количест- . во элементов в строке). Начиная с.такта 2M+1, когда в регистре 1 сдвига 45 записаны отсчеты первой строки, а в регистре 2 сдвига отсчеты второй строки, устройство вычисляет точный результат свертки согласно выражению (1) . 50
Рассмотрим работу устройства в произвольный момент. времени, когда в регистр 1 записаны отсчеты (i-1)-,й строки, в регистр 2 — отсчеты i-й строки, а на информационный вход 19 устройства поступают отсчеты (i+1)-й строки. .В этом случае в устройстве обраба-, тываются отсчеты трех смежных строк
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении с»пециализированных вычислительных систем, функционирующих в реальном масштабе времени.
Бель изобретения - сокращение аппаратурных затрат.
На фиг. 1 изображена схема уст- 10 ройства, на фиг. 2 — временная диаграмма функционирования устройства.
Устройство содержит сдвиговые регистры 1 и 2, сумматоры 3-8, умножители 9-11, буферные регистры 12-17, вход 18 тактовых импульсов, информационный вход 19 устройства, группу входов 20-22 задания-коэффициентов ядра свертки, информационный выход
23 устройства. 20
Устройство позволяет вычислять двумерную свертку b; исходного масси1) ва Ь с коэффициентами ядра свертки а 11 согла"но выражению
Ь". =,К„ Ь; . -а, (1)
Р-1 ) Р Р
- I N j = Г;М, причем коэффициенты ядра свертки обладают симметрией относительно центра окна вида а а«а
ao af дв умер н ог о ма с с ив а, к от орые пос т упают в следующей последовательности: (i-1) -я строка: ..., Ь; 1;, Ь -1,)«1 -,). ...„,, " ° д я строка:, Ь;:,, Ь 1
1)+1 ),jt Z,)+ Э и+1)-я строка: ..., Ь;,, b
b °, b ° b
1t1, j«1 1 1, )«2 |+11j+ 3
Таким образом, в такте (М i+ j-1) на первый вход сумматора 3 с выхода регистра 1 сдвига поступает отсчет
b »1 .,, а на второй вход сумматора (3 через информационный вход 19 устройства поступает отсчет b 1, на
Н11)-1 вход регистра 14 с выхода регистра 2 сдвига поступает. отсчет Ь; 1(фиг.2).
1ормирование результата свертки
Ь выделено на временной диаграм1) ме утолщенными линиями.
В такте (M1i+ j) с выхода регистра 1 сдвига поступает отсчет Ъ, 1 с выхода регистра 2 сдвига — отсчет
Ь,, по информационному входу 19 поступает отсчет Ь;,, на выходе сум1«11 ) матора 3 появляется сумма с -1 = Ь„, +
+ Ь|«1j а на выходе регистра 14 задержанный на такт отсчет Ь;, В такте (М i + 1+1) с выхода регистра 1 поступает отсчет Ь, 1,1 1, с выхода регистра 2 — отсчет Ь, 1 по информационному. входу 19 поступает отсчет b«+« ),1, на выходе сумма-. тора 3 появляется сумма с = Ъ )»1 +
+ Ь««1,, на выходе регистра 12 — задержанная на такт сумма с 1, на вы- . ходе регистра 14 — задержанный на такт отсчет Ь, 1, на выходе регистра 15 — задержанный на два такта от.счет b;)-«
В такте (M i+ j+2) на выходе сумматора 3 появляется сумма с +1 = Ь;1 +
+ Ъ, 1 )+1 на выходе регистра 12 - задержанная на такт сумма с, на выходе регистра 13 — задержанная íà два такта сумма с 1, на выходе регистра
15 — задержанный на два такта отсчет
Ь;„, а на выходе сумматора 15 появ1,) ляется сумма dy, = b) .,+ Ь, )+1 .
В .такте (M ° x + j+3) на выходе сумматора 4 формируется сумма с ) «+ с «1 — Ь,,,+ Ь1 |,1 1 Ь «)«1+ Ь, +, ) на выходе сумматора 6 формируется сумма с„ + Й) 1= Ъ|,,) + Ь|+1 +
+ Ь,, 1+ Ъ | +1, на выходе регистра
5 16
16 появляется задержанный на три такта отсчет Ь 1,>
В такте (М i + j+4) на выходе умножителя 9 формируется произведение а< (с1 1 + с +1 ), на выходе умножителя 10 — произведение а «(с + 11 ° 1), на выходе регистра 17 появляется задержанный на четыре такта отсчет Ь;, 1,1
В такте (М ° i+ j+5) на выходе сумматора 7 формируется сумма — е, .= а (с + d 1)+а (с1 1+ cj+t ), a ня выходе умножителя 11 формируется произведение à z ° b 1, IЯ
В такте (М i + j+6) ня выходе сумматора .Я формируется результат свертки для отсчета (i, j) Ь;,1
= а, Ь1 + е1„ = а, Ь,1 + а«(Ь11, + Ь, +1,j + Ь,,3-1 + b i f41 )+ а,",Ь;, 1,+
+ Ь+1 j+1 + Ь11)Ф1 + Ь 141 j+1 )
Одновременно с формированием результата ...свертки Ь; происходит фор1 мирование промежуточйых результатов для вычисления последующих результатов свертки Ъ,,11, Ъ;
Дальнейшая работа устройства аналогична описанной.
Формула изобретения
Устройство для вычисления двумерной свертки, содержащее два сдвиговых регистра, шесть сумматоров, шесть буферных регистров и три умножителя, первые информационные входы которых образуют группы входов задания коэффициентов ядра свертки, выход второго сдвигового регистра соединен с информационными входами первого сдвигового регистра и первого буферного регистра, выход которого соединен с информационным входом второго буферного регистра, выход которого соединен с информационным входом третьего буферного регистра, выход первого сумматора соединен с вторым информационным входом первого умножителя, выход которого подключен к первому
19303
6 информационному входу второ" î сумматора, второй информационный вход
KQTGpoI подключен к выходу второ-.о умножителя, второй информационный вход которого подключен к выходу третьего сумматора, выход третьего умножителя соединен с первым информационным входом четвертого суммятора, второй информационный вход которого соединен с выходом второгo сумматора, выход четвертого сумматора является информационным выходом устройства, входы синхронизации сдвиговых регистров, сумматоров, умножи,3 телей и буферных регистров объединены и подключены к вхсду тактовых им= пульсов усгройствя,о т л и ч а ю щ е е с я
-.åì,÷òo,ñ целью сокращения аппаратур-.
g0 ных затрат, информационный вход устройства соединен с информационным входом г-oporo сдвигового регистра и первым информационным входом пято. о сумматора, второй информяци25 онный вход которого соединен с выходом первого сдвигового реги"тра, выход пятого сумматора подклю:ен к первому информационному входу первого сумматора н информационному входу четвертого буферного регистра, выход которого подключен к первому информационному входу третьего сумматора и информационному входу пятого буферног" регистра, выход кото35 рого соединен с вторым инфорь:ационным входом первого сумматора, выход второго сдвигового регистра соединен с первым информационным входом шестого сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом второго буферного регистра, выход шестого сумматора соединен с вторым информационным входом третьего сумматора, выход третьего буферного регистра соединен с информационным входом шестого буферного регистра, выход которого соединен с вторым входом третьего умножителя.
1619303
4 т л «4?
-О .- б
4»
5 чв б «« Ъ
-.О"
Ю, 4 4
4 "O
4 Ь
Т б .Оч
«4 .. б 414 в, И J б л ь
Ъ
44
К
»
«С
3 °
ЪК
« ь
L ь ч ч
° б
° «1 Ъ б ч 41 ч
» Ъ (е в 4
4 б
Ь ч
Ь Илv в ч
„u ч
И б б ч е
Ь .в
„ч б
V и 4С
Ъ44 б е
4 ь
О ч
« 4 .Ъ
, V О .J V
° \
ЪО
4 б
«с ч
-О" 4 б Ъ вва ° Оэ -е .Э Ъ ЪО \4 б ЪО Ъ,О ° Ъ \ 4 -Ъ .1 Ч ъ ъ ь ч б ч Ъ 4 ц а 1 4 и л (б б въ б » б ° « и а "4 \в б б а 44 -Ч а ф ° ф ОС 4 «4 ч л Ч б" б » v Ъ и CI б л 4Ъ J ч » Ч «4 ь 4 еб б Ъ v б Ъ 4. М б I и .4 б ь ьъ ъ CC. е .Ф Ч ЪО .З 4« б и -- « 4 ввъ -ъ а б О ъьъ «в 4 ь е CI ъ б Д б Х 4 4О Ь4 б.ь «О Ь а а 4ъ 14»« 3 ф О \ въ ,б -в «О" -.О «I -.О «О ЪЛ 4« б ЪО" б.Э «О б «О ЪО" ЪЪ »в ч 4 Ф -ъ IQ б v а 4 в чв ,4 v б е Ъ б Ъ и Ч б л б и 4Ъ v в Э в и Ю .+ 4Ъ \л л » I,Э л б Ф .ъ Чч л О v -? Ф чэ Ъ О ч б Ъб .-Ъ ° О Ю Ъ » и ЛО \ 4 й« ъ Ъ 4 «Ъ \ в ю" б -О" «4 ЪО I ЪЭЭ" I л о ЪЪ Ъ 4Э 4«4 «44 б «Ю О а в Ъ» 4Ъ foal -г »в ч 4 б 4 в Ъ Ъ лъ «О лО 4.1 Э + %О .в а R б 111 а L 4 4 а 4« 4 Ъ б -Э ъ б Э Ъ а «О.в °.б, ° Э L K б Составитель К.Кухаренко Техред М.Иоргентал Корректор 0.Кравцова Редактор М.Бланар Заказ 50 Тираж Подписное 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 Ю «11 6 ь ° в Е I 02dÐЪ, Е + ч е ЬО 4l Cf.: C4».„ «4 7 б I4« б (а б и 7 К 4 4.5 У 7 ЪВО ЭЪЭ Ъ Т а V,: ч Ф ф ." И л -., Y ь ь а ч ч л 4 ь б вЛ Ъ о ч ь ч «О б ч и.ь Zf е Ъ 4 о ЪЪ б F ив в Ъ б «О б ° И л »,в ь v в«4 б. «7 L l в «Ю ъ К Ъ .2 «О 6 б И, J Э ь ьл л К Э + а 4 Ь 4 ч б «4 I и 44 ь ° ь вл а I а Ъ О" а ° Ъ «4 -2. . бр ЪЪ, И л ч б ь ° J л v Л а Ф ь ° .Ъ 4 б вл -Ъ «О В .1. К 4 «в 41 и е б Ъ ъ 1 О а 11 „4. 4I б Ьу бв »в б б ь ч, ° ч И 4 4. «4 л 1Э Г «4 ь б 1.4 у« 4 б б Ъ 4 л ч б б С» ь I.,О" ч -ь .б б и ЪО «Ъ Ъ Я б Ъ Ъ 1 ф б «О б «О Ъ а .г И4 б ЪО Ъ« «О" 1 » 
