Устройство для адаптивного скользящего усреднения

,Ъ. ."; ПИСА ДЕТЕЛЬСТВ с ил. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР И: 1012272, кл. С 06 Р 15/36, 1981.Авторское свидетельство СССР Р 1003096, кл, С 06 Р 15/36, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО СКОЛЬЗЯЩЕГО, УСРЕДНЕНИЯ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть ис- В 01283793 пользовано в системах цифровой обработки сигналов, например, для уменьшения уровня шума в сигнале изображения. Цель изобретения - повышениеточности 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, блоквычитания, блок извлечения квадратного корня, селектор минимума, коммутатор (мультиплексор) и генератортактовых импульсов. 2 з.п. ф-лы, 1283793Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов, например, для уменьшения уровня шума в изображении, 5Цель изобретения - повьппение точностиНа фиг. 1 показана блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг. 2 -иллюстрируется размещение трех воз Оможных отрезков а д и д длинойгкаждый локального усреднения входного сигнала Г(С) относительно точкидискретизации 1, на фиг. 3 - структурная схема блока вычисления среднего квадратов; на фиг, 4 - структурная схема блока вычисления квадратасреднего; на фиг. 5 - структурнаясхема селектора минимума,Устройство содержит аналого-цифро-вой преобразователь 1 (АЦП), элементзадержки 2, блок 3 вычисления среднего значения квадратов, блок 4 вычисления квадрата среднего значения,блок 5 вычитания, блок 6 извлеченияквадратного корня, второй блок элементов задержки 7, третий блок элементов задержки 8, селектор минимума 9, коммутатор 10 и генератор тактовых импульсов (ГТИ) 11Блок вычисления среднего значенияквадратов содержит блоки постояннойпамяти 12 и 13, вычитатель 14, накапливающий сумматор 15.Блок вычисления квадратов среднего значения содержит вычитатель 16,накапливающий сумматор 17 и блок пос.тоянной памяти 18,Селектор минимума содержит трикомпаратора 19, шесть элементов ИЛИ 4020 и блок постоянной памяти 21,Устройство реализует метод адаптивного усреднения сигнала Г(С) по трем возможным отрезкам й ,и 45 й, длиной с каждый, относительное расположение которых иллюстрируется на фиг. 2 для точки дискретизацииВ данном методе для каждой точки Ц вычисляются три локальные 50 средние значения и три дисперсии по отсчетам трех отрезков йЬ и 6 и определяется минимальное значение этих трех дисперсий. Тогда результату скользящего усреднения 8(г) вход ного сигнала Г(С) в точке ; ,присваивается локальное среднее значение по тому из трех отрезков, для которого дисперсия минимальна.к т.е, дисперсия Эявляется 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 1 на осове следующего рекурентного соотноения; 1 1а = а + Г --- Г В блоке 4 с помощью блока 18 таблично реализуется следующая функция1% (х) = ( х) , где х - двоичный код адреса блока 18, В результатеэтого на выходе блока 18 формируется код значения а Блок 3 в каждомтакте работы устройства рекурсивновычисляет локальное, среднее значениеЬ 1 квадратов и отсчетов сигналапо следующему рекуррентному соотношению: 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 А 11 П 1 последовательно в соответствие с частотой ГТИ 11 пос-. тупают на вход элемента задержки 2. Последний состоит из и последовательно соединенных элементов задержки на один отсчет, где и - количество точек дискретизации (отсчетов) на один отрезок усреднения длиной. В каждом такте работы устройства на выходе АЦП 1 присутствуют двоичный код одного отсчета сигнала Г 1, а на выходе элемента задержки 2 - код отсчета Е,., 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 формулы:1283793 Ь;, =Ь;-з + и блока 13, т.е. в этом блоке осуществляется функция р (х) = х /и. Код разности Г 2 /и - Р;/и присутствует на выходе вычитателя,14. В каждом такте работы устройства на выходе на капливающего сумматора 15 формируется код числа Ь; . Код разности Ь -а 2, 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 3-м такте работы в блоках 12 и 13 вычисляются значения Г /и и 201Р /и, то одновременно в этом такте в вычитателе 14 формируется код раз 1, 1ности -- Г 2, ---- Л а в накапП 1-1 П 1-11-2 фливающем сумматоре 15 одновременно вычисляется код Ь;. по следующему соотношению 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 40 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 5 и второго выходов третьего блока 8 задержки поступают коды трех локальных дисперсий Й и, 01 и 1);+111, где ш = (и) /2 и п - нечетные целые числа, Второй 7 и третий 8 бло ки задержки состоят иэ ипоследовательно соединенных элементов задержки на один отсчет, причем первый вьжод каждого из них является выходом элемента задержки с номером 55 (и) /2, а второй выход - выходом .элемента задержки с номером и. На выходе селектора минимума 9 формируется двухразрядный двоичный код номера минимального значения трех дисперсий Л;, П и Р;+1 . 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 кажой ячейке памяти блока 2 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 выхода блока 6 извлечения квадратного кор" ня 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 вычисления среднего значения квадратов, блок вычисления квадрата среднего значения, выход аналого-цифрового преобразова-. теля подключен к входу элемента задержки, который объединен с входами задания -го отсчета блока вычисления среднего значения квадратов и блока вычисления квадрата среднего значения, входы задания (+и)-х отсчетов которых объединены и соединены с выходом элемента задержки, выход блока вычисления среднего значения квадратов подключен к первому входу блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления квадрата среднего значения и объединен с входом блока извлечения квадратного корня, выходкоторого подключен к входу первого бло 1283793ка элементов задержки и к первому информационному входу коммутатора, второй и третий информационные входы которого соединены с первым и вторым выходами первого блока элемен тов 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 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 тактовыха 25 , импульсов. 2, Устройство по п, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления среднего значения квадратов содержит,цва блока постоянной памяти, вычитатель, накапливающий сумматор, тактовые вхопы первого и второго блоков постоянной памяти, вычитателя и накЛпливающего сумматора объединены и подключены к тактовому входу блока вычисления среднего значения квадратов, входы задания -го и ,а+и)-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 и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления квадрата среднего значения содержит блок постоянной памяти, выитатель, накапливающий сумматор, тактовые входы. которых объединены и подключены к тактовому входу блока вычисления квадратов среднего значения, входы -го и (1+п)-го,отсчетов которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами вычитателя, выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом бло ка постоянной памяти, выход которого подключен к выходу блока."ь ь ь И. Мухопонии Составит Техред ц ктор В, Ков Пожо ректо Тираж 670 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Раушсказ 7444/4 Подписноекомитета СССР открытиия наб., д. 4 эводственно-полиграАическое предприятие, г оектная,ород, у