Устройство для обработки изображений

(19) И 1) 6 Г 15/62 ТЕНИ по.льАН ССС ССР 198 окосконой схе- сверткиа нину ОБРЛ ычисл М б ОСУДАРСТВЕННЬ 1 Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМГ 1 РИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЗОБН Д ВТОРСЙОМУ СВКДЕТЕЛЬС(71) Вычислительный центр СО(56) Авторское свидетельствоФ 1309074, кл. С 06 Г 5/62,Окуяма, фукул, Итиока, Выростной процессор со специал,мой для выполнения двумернойПриборы для научных исследов1979, Р 10., с.33, фиг.3;(57) Изобретение относится к тельной технике и может быть исзовано для обработки изображений,Целью изобретения является повышениебыстродействия. Устройство содержитблок 1 управления, группу 2 блоковпамяти, блок 3 памяти ядра преобразования, группу мультиплексоров 4,блок, 5 управления накоплением нормировкой результата, операционные блоки б, мультиплексоры 7,8, блок 9 памяти, информационный вход 10,вход 11команд, вход 12 синхронизации, выход 13 результата, выход 14 признакорезультата, выход 15 индикации режима работы устройства. Поставленная.цель достигается введением новых злементов и связей. 3 з,п.ф-лы, 7 ил.,Лисииа хред М,Хо ктоР Э Лоичакова 5 б 8Подписное Заказ 178 ВНИИПИ Го ударственно 11303о комитета по изобретениям и открытиям при Г Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 здательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарин роизводст ф ьЪ ф Вв , юфс фф ь, Фъф фзбн ф,ЪЬ ф фф Ъф:ьИ:Обретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обработки иэображений.Цель изобретения " повышение быстродействия.5На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства;на фиг.2 - Функциональная схема блокауправления; на Фиг.3 - функциональная/нормировкой результата; на фиг.4функциональная схема операционногоблока; на фиг.5 - структура данных;на фиГ,6 - пОРЯДОк использования Данных; на фиг.7 - временная диаграммаработы устройства.Устройство содержит блок 1 управления, блоки 2 памяти группы блок 3памяти япра преобразования, группумультиплексоров 4, блок 5 управле"ния накоплением/нормировкой результата, операционные блоки 6, мультиплексоры 7 и 8, блок 9 памяти, информационный вход 10, вход 11 команд, вход 12 25синхронизации, выход 13 результата,выход 14 признаков результата, выход 15 индикации режима работы устройства,Блок 1 управления содержит дешифраторы 16, регистр 17, триггер 18,триггеры 19, реверсивные счетчики 20,"умматор 23 элементы И 24, элемен"ты ИЛИ 25, группу элементов ИЛИ 26,,элемент НЕ 27, элемент 28 задержки,входы и выходы 29-43 блока,Блок 5 содержит триггер 44, триггер 45, триггеры 46, сдвигатель 47влево, реверсивный. счетчик 48, счетчик 49, элементы 50 задержки, элемент 5 задержки, элементы И 52,группы элементов И 53-57, элементы1 ПИ 58, группу элементов ИЛИ 59,элементы НЕ 60, входы и выходы блока 61-69.Блок 6 содержит умножители 70,накапливающие сумматоры 71, регистры 72, сумматор 73, сдвигатель 74вправо, входы и выходы 75-80 блока,сумматор 81, регистр 82.Устройство работает следующим образом.Реализуется функция видаБ= Р(А /2 ), (1)й- р 1 е+1,о+1 р,; - двумерная свертка входных видеоданных (с 1) с весовыми коэффициентами (ш ) ядра преобразования;константа сдвига;Е - функциональное преобразование; параметры ти ш определяют размеры ядра преобразованияВ целом, алгоритмФункционирования устройства включает следующие этапы: настройка устройства; загрузка пакета (строки видеоданных);обработка данных и выгрузка результатов; повторение п.п.2,3Инициатором настройки (выполнения п,1 алгоритма) выступает некоторое внешнее устройство, например управляющая ЭВМ, Пункты 2 и 3 выполняются в режиме автономной работы, В качестве внешних управляющих воздействий при настройке предусмотрены следующие команды: "Загрузка весовых коэффициентов", "Загрузка управляющих констант (константы сдвига и размеров ядра преобразова фния ) , Загрузка табличных функцийПеревод в режим автономной работы . Команды перечислены в порядке их нумерации на входе 11 команд устройства.В режиме автономной работы устройству досТупны следующие состояния; загрузка пакета данных; обработка данных и выдача результатов.Устройство работает следующим образом (процесс Функционирования устройства в целом,и основных из составляющих его блоков рассмотрим в состоянии "обработки данных"),На 1-м такте работы устройства (1 = 1,2,) на пару входов каждого 1-го (1 = 1,п) мультиплексора 4 поступает пара видеоданных иэ 1-го и (1+1)-го блоков 2 (1 = 1,п) памяти где адрес выборки являет".я единым для всех блоков 2 и формируется блоком 1 по формуламМл мл СГ СГА -"А-1 А щА-1-1т -1Ф где А = ш+ Б,Б; Б = О,К - 1; стА = ш в . 1,О,Очередной элемент данных йе+ (выбор которого мультиплексором 4 осуществляется согласно значению сигнала на его управляющем входе; 0 - если ш + Б 6 Б.; 1 - иначе, где К - количество результатов одного операционного блока в одном проходе) и.очередной элемент а,(выбираемый измлблока памяти 3 по адресу А;мл ст ст мл= щ, - 1,0, А = щ - 1,0) поступаетна вход операционного блока 6, который производит накопление сумм произведений и нормировку окончательнойсумммы. Лолученные результаты с каж 10дого операционного блока 6 поступаютна входы соответствующего мультиплексора 7, откуда последовательно поступают на вход блока 9. Затем результат поступает на выход 13 устройствапосле соответствующего табличного преобразования. Смена данных на входахблоков 6 происходит на каждом тактеработы устройства,Операционный блок содержит две 20поочередно работающих цепи из умножителя 70 и накапливающего сумматора 71,которые вычисляют частные суммы четных и нечетных отсчетов, на основании которых сумматором 73 вычисляется обобщенная сумма, которая используется для последующей нормировкипутем сдвига вправо на К разрядов.Работа осуществляется в соответствиис временной диаграммой, представленной на фиг.7.Таким образом, на этапе обработки пакета данных в зависимости от параметров его настройки обеспечивается вычисление нормированной функциисвертки, а также поточечное преобра 35зование изображения. Наличие результата на выходе устройства контролйруется по наличию соответствующегопризнака готовности.формула и з о б р е т е н и я 1. Устройство для обработки иэображений, содержащее блок управления блок памяти ядра преобразования, первый мультиплексор и первый операционный блок, причем первый выход блока управления подключен к адресному входу блока памяти ядра преобразования, выход которого подключен к перво му информационному входу первого операционного блока, о т л и ч а ю щ е - е с я .тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй мультиплексор, группа мультиплексоров, группа блоков памяти, блок управления накоплением-нормировкой результата, блок памяти и иоперационных блоков, где и - степень параллелизма, причем информационный входблока управления, информационные входы всех блоков памяти группы, информационный вход блока памяти ядра преобразования и информационный входблока памяти подключены к информационному входу устройства, первый синхровход и вход команд блока управления подключены соответственно к входу синхронизации устройства и входукоманд устройства, второй выход блока управления подключен к первому информационному входу блока управлениянакоплением-нормировкой результата,второй информационный вход которогоподключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которогоподключен к выходу индикации режимаработы устройства, третий информационный вход блока управления накоплением-нормировкой результата объединенс управляющим входом первого мультиплексора и подключен к пятому выходублока управления, шестой выход которого подключен к входу управления записью блока памяти ядра преобразования, седьмой выход блока управленияподключен к входу управления записьюблока памяти, адресный вход которогоподключен к выходу первого мультиплексора, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходом второго мультиплексора и с адресным входом блокапамяти ядра преобразования, 1-йинформационный вход второго мультиплексора соединен с выходом х-гооперационного блока (1 = 1,п), входырежима работы операционных блоков спервого по и-й объединены и подключены к первому выходу блока управления накоплением-нормировкой результата, второй выход которого соединенс управляющим входом второго мультиплексора, входы записи результатаоперационных блоков с первого пои-й подключены к третьему выходу блока управления накоплением-нормировкойрезультата, четвертый выход которогосоединен с входами синхронизации опе.рационных блоков с первого по п-й,первые информационные входы которыхобъединены, второй информационныйвход -го операционного блока соединен с выходом 1-го мультиплексорагруппы (х = 1,п), управляющий входкоторого подключен к восьмому вйходублока управления, первый информацион 155208ный вход первого мультиплексора груп;пы и второй информационный вход и-гомультиплексора группы подключены со-ответственно к выходам первого и(и+1)-го блоков памяти группывторойинформационный вход х-го мультиплек;.сора группы объединен с первым информационным входом (1+1)-,го мультиплек-.ора группы и подключен к выходу.адресные входы блоков памятигруппы подключены к девятому выходублока управления, 1-й разряд десято"го выхода которого соединен с входомразрешения обращения 1-го блока памяти группы ( = 1, и + 1), вход управления записью которого подКлючен кодиннадцатому выходу блока управления,второй синхровход которого соединенс пятым выходом блока управления накоплением-нормировкой результата,шестой выход которого подключен квыходу признака результата устройства,выход блока памяти подключен к выхо-25ду результата устройства,2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит два дешифратора, регистр, шесть реверсивных счетчиков,схему сравнения, три триггера, сумматор, пять одновибраторов, семьэлементов И, девять элементов ИЛИ,группу элементов ИЛИ, элемент НЕ иэлемент задержки, причем вход первого дешифратора является входом ко"манд блока, информационный вход которого соединен с информационным входом регистра, управляющий вход которого подключен к второму выходу первогодешифратора, первый выход которого40объединен с входом пятого одновибратора и подключен к второму входу пятого элемента. И, первый вход которогообъединен с первым входом первого эле 45мента И и вторым входом третьего элемента И и подключен к первому синхровходу блока, второй синхровход которого соединен с входами декремента третьего и четвертого реверсивных счетчиков, информационный вход четвертого 5 Ореверсивного счетчика объединен с ин;формационным входом второго реверсивного счетчика и вторым входом сумматора и подключен к третьему выходурегистра, информационные входы первого и пятого реверсивных счетчиковподключены к второму выходу регистра,первый выход которого подключен к второму выходу блока, вход второго одновибратора объединен с вторым входом первого элемента И и подключен к третьему выходу первого дешифратора, четвертый выход которого соединен с входом первого одновибратора, вход первого одновибратора соединен с входом элемента НЕ, .выход первого элемента И подключен к первому входу девятого элемента ИЛИ и к седьмому выходу блока, одиннадцатый выход блока соединен с входом инкремента третьего реверсивного счетчика и подключен к выходу третьего элемента И, вторые входы шестого и седьмого элементов ИЛИ объединены с управляющим входом третьего реверсивного счетчика и подключены к выходу четвертого одновибратора, информационный вход третьего реверсивного счетчика подключен к информационному выходу сумматора, выход переноса которого подключен к первому входу седьмого элемента И, первый вход сумматора подключен,к выходу второго реверсивного счетчика, входы сброса третьего и шестого реверсивных счетчиков объединены и подключены к выходу второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй вход соединен с выходом третьего одновибратора, вход которого объединен с первыми входами третьего и шестого элементов И, с информационным входом первого триггера и четвертым выходом блока и подключен к прямому выходу второго триггера, входы сброса первого, второго и третьег 6 триггеров объединены и подключены к выходу элемента НЕ, входы синхронизации первого и второго триггеров объединены и подючены к выходу четвертогб элемента И, первый вход которого подключен к инверсному выходу третьего триггера, второй вход четвертого элемента И подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, прямой выход третьего триггера подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, вход которого объединен с входом управления шестого реверсивного счетчика, с первыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ и подключен к выходу шестого элемента И, вход установки третьего триггера объединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и подключен к выходу переноса декремен1575208 1 О вход четвертою о реверсивного счетчитарого подключены соответственно к выходам четвертого и первого элементов ИЛИ, гервый вход первого элемента ИЛИ объединен с входам установки второго триггера и с входом сброда второго реверсивного счетчика и подключен к выходу первого одновибратара, вход декремента второго реверсивного счетчика: объединен с вторым входом девятого элемента ИЛИ и подключен к выходу пятого элемента И, который подключен к шестому выходу блска, выход сецьмага элемента И подключен к восьмому выходу блока, вход второго дешифратора объединен с вторым входом схемы сравнения и подключен к группе выходов шестого реверсивного счетчика, выход младшего разряда группы выходов которого падкгпочен к второму входу седьмого элемента И, первый вход схемы сравнения под. ключен к входу константы "и+1" блока, а выход Равно" схемы сравнения подключен к третьему входу шестого элемента И, второй вход котарага объединен с входом инкремента шестого реверсивного счетчика и пацключен к выходу переноса инкремента третьего реверсивного счетчика, выход переноса декремента которого соединен с входом декремента шестого реверсивного . счетчика, информационный вход которогоподключен к входу константы "1" блока, х-е выходы второго дешифратара соединены с вторыми входами -х элементов ИЛИ группы (х = 1, и + 1) первые входы которых объединены с . входом четвертого одновибратора и с информационным входам второго триггера и подключены к выходу первого триггера, который подключен к пятому . выходу блока, выходы элементов ИЛИ группы подключены к десятому выходу блока, управляющий вход второго реверсивного счетчика объединен с входом сброса четвертого реверсивного счетчика и подключен к выходу пятого элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу пятого одноврбратора, а второй вход объединен с первым входам восьмога элемента ИЛИ и годключен к выходу переноса декремента второго реверсивного счетчика, выход инкремента которого подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ, вход инкремента и управляющий 5 30 35 40 45 50 55 та первого реверсивного счетчика,декрементный и управляющий входы кока подключены к выходам соответственна девятага и шестого элементов ИЛИ,первый вход шестого элемента ИЛИобъединен с вторыми вхадамп четверто.го и восьмого элементов ИЛИ и подключен к выходу переноса декрементачетвертого реверсивного счетчика, выход переноса юп;ремента которого подключен к входу инкремента пятого реверсивного счетчика, вход сброса каторого подключен к выходу второгоадновибратора, вход декремента и управляющий вход пятого реверсивногосчетчика подключены к выходам соответственна восьмага и седьмого элементов ИЛИ, первый вход седьмого элемента ИЛИ объе,цинен с в адом инкремента второго ревер:ивнаго счетчика ис третьим выходом блока и подключенй выходу переноса декремента пятого реверсивного счетчика, выходы чет- вертого и пятага реверсивных счетчик"в подключены соответственно к старыим и младшим разрядам первого выхода блока, выходы третьего и первогор версивных счетчиков подключены соответственна к младшим и старшим разрядам девятого выхода алака,3, устройство по п.1 ф о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления накоплением-нормировкой результата содержит шесть триггеров, сдвигатель влево, реверсивный счетчик,счетчик, четыре элемента задержки,восемь элементов И, пять групп элементов И, два элемента ИЛИ группуэлементов ИЛИ и два элемента НЕ, причем информационный вход первоготриггера подключен к второму входублоха, третий вход блока подключенк первому входу третьего элемента И,информационные зхады реверсивногосчетчика.подключены к соответствую-щим входам четзертага элемента И ик первому входу блока, информационный вход д-го триггера соединен с(1 - 1, -м входом вась лага элемента И,с вторыми входами ,1 - 1)-го и(1 + 2)-га элементов И пятой группыи подключен к прямому выходу (1-1)-готриггера (1. = 2,3), выход восьмогоэлемента И подключен к второму входу первого элемента И четвертой группы и первому входу второго элемента И четвертой группы, прямой выходтретьего триггера подключен к второму входу первого элемента И и перво-му входу второго элемента И, вход синхронизации четвертого триггера соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, с первым входом пятого элемента И, с третьим выхс 5 дом блока и подключен к выходу первого элемента И, вход синхронизации первого триггера подключен к выходу четвертого элемента задержки, входЭкоторого соединен с пятым выходом блока, с входом синхронизации пятого триггера, с входом первого элемента задержки, с первым входом второго элемента И первой группы и вторым входом первого элемента И первой группы, с входом синхронизации -го.триггера (12,3), с первым входом первого элемента И и подключен к выходу третьего элемента И, первые вхо ды элементов И третьей группы и первые входы элементов И пятой группы соединены с выходом второго элемента задержки, вход которого соединен с первыми входами элементов И 25 второй группы, и подключен к выходу первого элемента задержки, вторые входы первых элементов И второй и тре 1тьей групп соединены с первым входом первого элемента И первой группы, щ 0 с третьими входами первого и второго элементов И пятой группы и подключены к прямому выходу пятого триггера, .вторые входы вторых элементов И второй и третьей групп соединены с тре 35 тьими входами третьего и четвертого элементов И пятой группы, с вторым входом второго элемента И первой группы и подключены к инверсному выходу пятого триггера, выход первого элемента ИЛИ подключен к второму входу второго элемента И, выход которого через первый элемент НЕ подключен к третьему входу третьего элемента И, выходы первого элемента И первой группы и второго элемента И второй группы первого элемента И третьей группы, второго и первого элементов И четвертой группы, второго элемента И третьей группы, второго элемента И первой группы и первого элемента И второй группы подключены соответственно к первому, второму, третьему, пятому, шестому, восьмому, девятому идесятому разрядам первого выхода блока, четвертый разряд первого выхода блока соединен с первым входом первого элемента И четвертой группы и подключен к выходу первого элемента ИЛИ08 12группы, седьмой разряд первого выхода блока соединен с вторым входом второго элемента И четвертой группы и подключен к выходу второго элемента ИЛИ группы, -и вход 1.-го элемента ИЛИ группы подключен к выходу ( + 2) (1 - 2)-го элемента И пятой группы (, = 1,2), выход седьмого элемента И соединен с четвертым выходом блока и подключен к входу декремента реверсивного счетчика, выход переноса декремента которого через второй элемент НЕ подключен к входу сброса четвертого триггера, вход второго элемента НЕ соединен с первым входом второго элемента ИЛИ,второй вход которого подключен к выходу пятого элемента И, второй вход пятого элемента И соединен с информационным входом четвертого триггера и подключен к выходу четвертого элемента И, вход установки шестого триггера соединен с входом управления сдвигателя влево и подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с вторым вхо дам седьмого элемента И и подключенк прямому выходу четвертого триггера, второй вход первого элемента ИЛИ 1 соединен с первым входом шестого элемента И и подключен к прямому выходу шестого триггера, .вход синхронизации сдвигателя влево объединен с входом инкремента счетчика и подключен к выходу шестого элемента И, выход сдвигателя влево подключен к шестому выходу блока, а выход и-го разряда сдвигателя влево подключен также к входу сброса шестого триггера и соединен с входом третьего элемента задержки, выход которого подключен к входу сброса счетчика, выход которого подключен к второму выходу блока, младший разряд. информационного входа сдвигателя влево подключен к входу "Логическая единица" блока, а разряды, с второго по и-й сдвигателя влево подключены к входу "Логический ноль" блока, первый вход седьмого элемента И и вторые входы шестого и третьего элементов И подключены к входу синхронизации блока.4. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что операционный блок содержит два умножителя, два накапливающих сумматора, два регистра, сумматор и сдвигатель вправо, причем управляющий вход и вход син 13 15752 хронизации сдвигателя вправо подключены соответственно к входам записи результата и синхронизации блока, выход сумматора подключен к информаци-, онному входу сдвигателя вправо, выход которого подключен к выходу блока, -й вход сумматора подключен к выходу -го регистра, информационный вход. которого подключен к выходу1 О д-го накапливающего сумматора, информационный вход которого подключен к выходу д-го умножителя . = 1,2), -е информационные входы первого и второго умножителей подключены к15 -м информационным входам блока Д = 1,2), вход синхронизации информационных входов и вход синхронизации произведения первого умножителя,081 йуправляющий вход и вход сброса первого накапливающего сумматора, вход сброса первого регистра, вход сброса второго регистра, вход сброса вто. рого накапливающего сумматора, управ. ляющий вход второго накапливающего сумматора, вход синхронизации информационных входов и вход синхронизации произведения второго умножителя составляют соответственно первый и второй, третий и четвертый, пятый и шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый разряды входа режима работы блока, четвертый и седьмой разряды входа режима работы блока подклю.ены соответственно к управляющим входам первого и второго регистров,