Устройство для экстремальной фильтрации

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ ЕЛЬСТВУ 1(72) А.В. Василькевич и В жит элементель импулки памяти аде иров.1, ф етчик истр ов 9,сов 2, с и 7, рех импуль И 11, с14 иИ 7 Ь генератриггер ы 12 и 13 тор тактовь10, элемен элементы 16, элемен пульсов 18 и мма 6 (088. 8)е свидетельство СССРС 06 Р 7/04, 1978.свидетельство СССРС 06 Р 7/04, 1984,ВО ДЛЯ ЭКСТРЕИЛЬОЙ ИЛ 5 т о элемент регистр 21,22, сумматор 281.325 вторск 65, кл орское 659, к СТРОЙ С АЦИИ бло рмиро ИЛИ 1 преоб памятитель имкоммутаазователь утатор 24 3 коммни вых цп(57) И литель бретени тносится к вычи едназначено и технике и пользован зирОванах при ециа ройс для иных вобрабЦель числительных тке двумерных данных сив расши йства ние обласа счетльной зобретенияменения устия операцииации с огрантки чисел Вой запятой. экстрем ичением формате Устройс введе фильт обраб уровняс фикси во содер ва шин(54)ФИЛЬТ и имеет вход управле я записью 25,информационный вход начальных уровней фильтраций 26, од 27 окончания работы, вход 2 уск", вход 29начальной установки, выход 30 синхроимпульсов, информационный выход 31,вход 32 выбора режима. Устройствопозволяет выполнять операции экстремальной фильтрации с ограничениемуровня над двумерным массивом с помощью апертуры фильтра, причем длямаксимальных чисел устанавливаетсяпредел сверху, а для минимальных -снизу, 1 ил., 1 табл.Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для использования в специализированиых вычислительных устройствах при обработке двумерных массивов данных, например при обработке изображений.Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет введения операции экстремальной фильтрации с ограничением уровня и обработки чисел в формате с фиксированной запятой.На чертеже представлена функцио-. 15 нальная схема устройства.Устройство содержит элемент 1 задержки, формирователь 2 импульсов, счетчики 3-5, блоки 6 и 7 памяти, регистр 8, генератор 9 тактовых им пульсов, триггер 10, элемент И 11, сумматоры 12 и 13, элементы ИЛИ 14 и 15, блок 16 памяти, элемент И 17, формирователь 18 импульсов, элемент ИЛИ 19 коммутатор 20, регистр 21, 25 преобразователь 22 кодов, сумматор 23, коммутатор 24 режима, вход 25 управления записью, информационный вход 26 начальных уровней фильтраций, выход 27 окончания работы, вход "Пуск"30 28, вход 29 начальной установки, выход 30 синхроимпульсов,информационный выход 31, вход 32 выбора режима.Устройство работает следующим образом. 35Устройство предназначено для выполнения операции экстремальной фильтрации над двумерным массивом И = Г.С., где Г - число строк, С - число столбцов, причем Г = 2"С = 2, 40- положительные целые числа. Апертура фильтра рфЧ, где р, Ч - нечетные. Число точек, входящих в апертуру, равно 1 = р Ч, Нумеруют их в произвольном порядке от 0 до Е,Операция экстремальной фильтрации заключается в последовательном сдвиге апертуры по всем элементам масси 50 ва с заменой на каждом этапе центральной точки апертуры максимальным (минимальным)числом из числа точек, входящих в данный момент в апертуру, При операции экстремальной фильтрации с ограничением уровня для макси 55 мальных чисел устанавливается опреденный предел сверху, а для минимальных снизу. Счетчик 3 представляет собой счетчик с пересчетом 1 и служит для перебора всех 1 точек апертуры. Счетчик4 указывает номер строки текущейцентральной точки, а счетчик 5 - номер столбца. Таким образом, счетчики 4 и 5 однозначно указывают адрестекущей центральной точки в блоке 16памяти. В блоке 6 памяти по 1-му адресу (1 = 0,1-1) записано смещениед-й точки апертуры относительно центральной точки по строкам. В блоке 7памяти по 1-му адресу (1 = О,Е) записано смещение 1-й точки апертурыотносительно центральной точки постолбцам, Числа, записанные в блоках 6 и 7 памяти, представляют собой числа со знаком в дополнительном коде с представлением знака двумя разрядами, Суммируя значения текущего адреса центральной точки(содержание счетчиков 4 и 5) со смещениями, хранящимися в блоках 6 и 7памяти при помощи сумматоров 12 и13, получают абсолютные адреса точек,входящих в апертуру, для каждой конкретной центральной точки. Выходы сумматоров 12 и 13 образуют адрес обрабатываемого элемента исходного массива, который хранится в блоке 16 памяти, Отрицательный результат илйпереполнение в сумматорах. 12 и 13показывает, что некоторые точкиапертуры выходят за пределы массиваи поэтому не должны рассматриваться.Эта ситуация вызывает наличие хотя.бы одного значения логической "1" взнаковых разрядах сумматоров 1 2 и 13,При этом управляющий сигнал с выходаэлемента ИЛИ 15 переключает выходыкоммутатора 20 на вторые входы и соответственно на выход регистра 8,В последнем хранится уровень ограничения фильтра и поэтому несуществующие точки апертуры заменяются уровнем ограничения,Перед началом работы по переднему фронту импульса на входе 25 управления записью с информационного входа начальных уровней фильтраций уровень ограничения заносится в регистр 8. На входе 32 выбора режима устанавливается сигнал 0 при поиске максимума ( при поиске минимума), При поиске максимума в регистре 8 находится нижний уровень ограничения, а при поиске минимума5 15верхний уровень ограничения, Пустьпо входу 32 выбора режима установленпоиск минимума. Далее на вход 29начальной установки проходит импульсначальной установки, сбрасываищийсчетчики 3-5. Импульс начальной установки через элементы ИЛИ 14 и 15 припомощи коммутатора 20 подключаетвходы регистра 21 к выходам регистра8. Формирователь 18 импульсов из импульса начальной установки формирует короткий импульс, передним фронтом которого верхний уровень ограничения записывается в регистр 21. Посигналу Пуск по переднему фронтутактового импульса устанавливаетсятриггер 1 О и тактовые импульсы с выхода генератора 9 тактовых импульсов поступают на выход элемента И 11и на счетный вход счетчика 3. Последний отсчитывает К импульсов, послечего сбрасывается в нуль. Это за время с выхода коммутатора 20 на входпреобразователя 22 кодов поступаютК чисел, при этом все числа, выходящие за пределы массива и все числабольше уровня ограничения (при поиске максимума - меньше уровня ограничения) заменяются уровнем ограничения. Числа, хранящиеся в блоке 16памяти и регистре 8, представляютсобой числа со знаком в дополнительном коде с представлением знака двумя разрядами. Преобразователь 22кодов инвертирует код числа, а сум. матор 23 суммирует его с содержанием регистра 21. Учитывая, что на входе переноса сумматора 23 присутст 11 1вует 1 , то, очевидно, что происходит вычитание числа на выходе коммутатора 20 из числа, хранящегосяв регистре 21, т.е. осуществляетсясравнение чисел методом вычитания,Если обозначить число в регистре 21через А, а на выходе коммутатора20-В, то в знаковых разрядах сумматора 23 возможны следующие значения(см.таблицу),1Видно, что ситуация АВ определяется логическим "0" в старшем знаковом разряде сумматора 23, а А ( В логической "1". Так как на входе 32 выбора режима присутствует сигнал логической "1", т.е. поиск минимума, то коммутатор 24 режима пропускает на выход инверсное значение старшего знакового разряда сумматора 23. 87491 6Таким образом при появлении на выходе коммутатора 20 числа меньшего, чемчисло в регистре 21, на выходе коммутатора режима 24 появляется сигналлогической, разрешающий при помощи элемента И 17 запись переднимфронтом тактового импульса меньшегочисла в регистр 21, По переднему фрон ту К-го тактового импульса завершается просмотр апертуры для нулевойцентральной точки, а в регистре 21оказывается наименьшее из чисел,входящих в апертуру, но не большеуровня ограничения. Тот же К-й тактовый импульс вызывает сброс счетчика 3 и появление на его выходе сигнала переноса. Одновибратор формируетиз продолжительного сигнала переноса 20 импульс, разрешающий пользователюснять с выхода регистра 21 первый результат. Задержанный сигнал с выходаэлемента 1 через элемент ИЛИ 14, формирователь 18 импульсов и элемент 25 ИЛИ 19 производит запись в регистр21 значения уровня ограничения. Тотже сигнал с выхода элемента задержкиприбавляет +1 к содержимому счетчика 5, Обработка следующей централь ной точки массива происходит аналогично.После обработки всех элементовмассива сигнал переноса с выходасчетчика 4 сбрасывает триггер 10 и З 5 запрещает выдачу тактовых импульсовс выхода схемы И 11.Предлагаемое устройство можетвыполнять операции экстремальной фильтрации без ограничения уровня. Для этого при поиске максимума в регистр 8 заносится наименьшее отрицательное число в дополнительном коде (11 000-1), а при поиске минимума - наибольшее положительное число (00 1111),Формула изобретенияУстройство для экстремальнойфильтрации, содержащее три счетчика, три блока памяти, два сумматора, два элемента ИЛИ, два элемента И, коммутатор, первый регистр, триггер, генератор тактовых импульсов, блок сравнения, элемент задержки, первый формирователь импульсов, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с синхровходом триггера и первымвходом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, информационный вход которого соединен с входом Пуск устрой 5 ства, вход сброса триггера соединен с выходом переноса первого счетчика и с выходом окончания работы устройства, выход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента И и со счетным входом второго счетчика, выход переноса которого соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с ВыхОдОм синхроимпульсОВ устройст 15 ва и с входом элемента задержки, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика и с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входом начальной 0 установки устройства, информационные выходы второго счетчика соединены с адресными входами первого и второго блоков памяти, выходы первого блока памяти соединены с входами первой группы первого сумматора, входы второй группы которого соединены с выходами разрядов первого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом переноса третьего счетчика, вы ходы разрядов которого соединены с входами первой группы второго сумматора, входы второй группы которого соединены с выходами второго блока памяти, информационные выходы первого сумматора, соединены с первой группой -входов адреса третьего блока памяти вторая группа входов адреса которого соединена с информационными выходами второго сумматора, выходы знаковых 40 разрядов которого соединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, третий и четвертый входы которого соединены с выходами знаковых разрядов первого сумматора, выходы 45 третьего блока памяти соединены с первой с информационными входами первой группы коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, выходы коммутато ра соединены с информационными входами первого регистра и с первой группой информационных входов блока сравнения, вторая группа информационных входов которого соединена с выходами первого регистра и информационными выходами устройства, вход выборарежима которого соединен с управляющим входом блока сравнения, выходкоторого соединен с вторым входомвторого элемента И, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет введения операции экстремальной фильтрации с ограничениемуровня и обработки чисел в форматес фиксированной запятой, в него введены третий элемент ИЛИ, второй регистр и второй формирователь импульсов, а блок сравнения включает преобразователь кода, сумматори коммутатор режима, первый и второй входыкоторого соединены с прямым и инверсным выходами старшего знакового разряда сумматора, первая группа входовкоторого соединена с выходами преобразователя кода, входы которого являются первой группой информационныхвходов блока сравнения, второй группой информационных входов которогоявляется вторая группа входов сумматора, вход переноса младшего разрядакоторого соединен с входом логическойединицы устройства, выходом блокасравнения. является выход коммутатора,управляющий вход которого являетсяуправляющим входом блока управления,и вход управления записью устройствасоединен с входом синхронизации второго регистра, информационные входыкоторого являются информационнымивходами начальных уровней фильтраций,выходы второго регистра соединены свторой группой входов коммутатора,входы установки в 0 первого, второгои третьего счетчиков соединены свторым входом первого элемента ИЛИ,вьход которого соединен с пятымвходом второго элемента ИЛИ и с входом второго формирователя импульсов,выход которого соединен с первымвходом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходомвторого элемента И, выход третьегоэлемента ИЛИ соединен с входом синхронизации первого регистра.10 1587491 Знаковый раз- Ряд Значения для знаковых разрядов старший младший В)О;АВ, АО, ВсО; АЪВ,0 0 0 1 1 101 Составитель А, Александров Редактор Н, Бобкова Техред М.Дидык Корректор М. МаксимишинецЗаказ 2420 Тираж 563 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10 АЪВ, А)0, АсО, В сО А В, А)О, АсВ, АсО, АсВ, АсО, А(В, А О,В(0,В)0,ВсО;В О переполнение переполнение АВ,АсО В 0, переполнения нет