Устройство для адаптивного скользящего сглаживания

,26.12.85. областижет быть ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГОСКОЛЬЗЯЩЕ ГО СГЛАЖИВАНИЯ(57) Устройство относится квычислительной техники и мо использовано в системах цифровоиработки сигналов, например, для ум ьшения уровня шума в сигнале изображения. Цель изобретения - повышениеточности. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, элементы задержки, блок вычисления среднего значения квадратов, блок вычисления квадрата среднего значения, линейный цифровой фильтр, блок извлечения квадратного корня, делитель,квадратор, первый и второй вычитатели,сумматор, селектор минимума, мультиплексор, триггер управления, генератор тактовых импульсов. Устройствореализует алгоритм линейного сглаживания по одному из трех отрезков,для которого погрешность линейной аппроксимации минимальна. 3 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработкисигналов, например, для ум ньшенияуровня шума в изображении.Цель изобретения - повышение точности устройства.На фиг. 1 показана блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг.2 -структурная схема линейного цифрового фильтра; на фиг. 3 - структурнаясхема селектора минимума.Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, элемент 2 задержки, блок 3 вычисйениясреднего значения квадратов, блок 4вычисления квадрата среднего значения, линейный цифровой фильтр 5 (спостоянными коэффициентами), блок 6 20извлечения квадратного корня, делитель 7, квадратор 8, вычитатель 9,элемент 10 задержки, блоки 11 и 12элементов задержки, блок 13 выделения минимума, сумматор 14, вычитатель 15, мультиплексор 16, тактовыйвход 17, распределитель 18 импульсов.Линейный цифровой фильтр,(с постоянными коэффициентами) содержит(ПЗУ) и сумматор 22,Блок 13 содержит три компарато"ра 23 и ПЗУ 24,35Устройство реализует метод адаптивного кусочно-линейного сглаживания сигнала 1 (г.) по трем возможным отрезкам длиной С каждый. Для текущей точки дискретизации С центральная точка, первого отрезка совпадает с С центральная точка второго отУрезка - с точкой г.; - /2, а центр третьего отрезка находится в точке г. +Г/2, Для каждой точки г; по ме 45 1тоду наименьших квадратов вычисляются значения параметров чи ч, где 1 с = 1, 2, 3, прямых линий в пределах каждого из определенных трех отрезков длиной с, , Затем вычисляются по грешности (дисперсии) линейной аппроксимации вида Е=ыг.+чкаждого из трех отрезков, и сглаживание в точкепроводится по тому отрезку, для которого погрешность минимальна,. Для Л первого отрезка результат сглаживания 8(с) в точке , 8(ц ) =ч для второго отрезка К(С;) = ю С+ч и для тРетьего отрезка 8(;) = - у+где 1 = (и)/2, а и - количество точек дискретизации на отрезок сглаживания длиной с (а - нечетное).Устройство работает следующим образом.Отсчеты (выборки) входного сигнала с выхода АЦП 1 последовательно в соответствии с частотой распределителя 18 поступают на вход первого элемента 2 задержки. Последний осуществляет задержку на и отсчетов, т,е. если на выходе АЦП 1 в заданном такте присутствует код отсчета 1 то на выходе элемента 2 задержки в этом же такте присутствует двоичный код отсчета 1, . В каждом такте работы устройства блок 4 рекурсивно вычисляет квадрат локального среднего значения а для и отсчетов на основе рекуррентного соотношенияа = а + - Е -- Г , (1)1 1и . иПосредством блока 3 в каждом такте работы устройства рекурсивно вычисляется локальное среднее значение Ь 1 квадратов и отсчетов, сигнала по рекуррентному соотношениюЬ; = Ь;, + - Е; -- К, , (2) 1 г 1 2 Структурные схемы блоков 3 и 4 приведены, например, в (2). Линейный цифровой фильтр 5 в каждом такте устройства вычисляет значение следующей величины:61 Г;-1 К, (3)1=-ЯБлоки 3 и 4 и цифровой фильтр 5 работают в параллельно-конвейерном режиме, Для этого в состав вычитателей 20 и сумматора 22 входят регистры-фиксаторы промежуточных результа-. тов этапов конвейерных вычислений, Сумматор 22 в цифровом фильтре состоит из 1 од 1 (групп двухвходовых сумматоров для параллельно-конвейерного вычисления суммы 1 чисел). При этом общее количество двухвходовых комбинационных сумматоров с регистрами-фиксаторами равно 1 и все они работают параллельно. Блоки ПЗУ 21 запрограммированы таким образом, что в каждом такте работы устройства К-е ПЗУ 21 таблично реализует произведение разности двух отсчетов сигнала с выхода Е-го вычитателя 20 на пос 138701750 тоянный коэффициент, равный Е. Дляполучения значения коэффициента чю и юэ в уравнении прямой линии длясоответствующего отрезка сглаживанияреализуется деление выходного значения фильтра 5 на соответствующий постоянный коэффициент. Для вычислениязначения результата сглаживания я;по второму или третьему отрезку коэффициент ю умножается на 1, а коэффициент ю - на -1.Эти вычисленияэреализуются в делителе 7 путем выполнения одной операции деления выходного значения фильтра 5 на (1 ++ 1) (2 + 1)/3.15Делитель. 7 может быть реализованв виде ПЗУ, на адресный вход которого поступает двоичный код значенияс , вычисленного по Формуле (3). Второй элемент 10 задержки предназначендля временного запоминания значений3 с/(1+1)(21+1), а в первом блоке11 элементов задержки временно хранятся (и - 1) последовательных локальных средних значений а;, т.е.значения коэффициентов ч ч ичэуравнения прямой линии на выходеблока 6 и на первом и втором выходахблока 11. Первый блок 11 элементовзадержки состоит из (и) последова 30тельно соединенных элементов задержки на один отсчет, причем его первыйвыход является выходом элемента задержки с номером 1 = (п)/2, а второй выход - выходом (и)-го элемента задержки.Таким образом, в каждом такте работы устройства на выходе сумматора.14 присутствует двоичный код значения к; =ы 1+ч , на первом выходе блока 11 элементов задержки. - код числаЯ,=ч а на выходе второго вычитателя 15 - код числа е,= -чэ 1+чэ,На выходе первого вычитателя присутствует код погрешности Олокальной линейной аппроксимации входногосигнала, которая вычисляется по формулеЙ = Ь,-а;-с;/г (4)где г=1(1+1)(21+1) /3,Вычисление последнего члена вформуле (4) реализуется таблично посредством квадратора 8, в качествекоторого используется блок ПЗУ. ПЗУ 51программируется таким образом, чтооно реализует операцию возведения вквадрат и деления на постоянный коэффициент г. Во втором блоке 12 элементов задержки, состоящем из (и)последовательно соединенных элементов задержки на отсчет, временно хранятся (и) последовательных значений погрешностей локальной линейнойаппроксимации,Таким образом, на выходе первоговычитателя 9, первом и втором выходах блока 12 в каждом такте работыустройства присутствуют коды значений погрешности линейной аппроксимации для трех возможных отрезков сглаживания. Эти значения параллельнопоступают на три соответствующие входы блока 13 выделения минимума, Последний предназначен для вычислениякода номера минимального числа изтрех входных чисел, т.е. в данкомслучае для вычисления номера минимальной погрешности. Компараторы 23осуществляют попарное сравнение кодов трех входных чисел. Результатысравнения поступают на первые триразряда адресного входа ПЗУ 24, ачетвертый разряд адресного входа ПЗУ24 подключен к управляющему входу селектора минимума. ПЗУ 24 запрограммировано таким образом, что на егодвухразрядном информационном выходепоявляется код номера минимальногочисла из трех чисел на входе селектора минимума в случае, когда четвертый разряд адресного входа ПЗУ 24имеет значение 0", т.е. на управляющем входе блока 13 присутствует сигнал "1". Когда ьа управляющем входеблока 13 присутствует сигнал " 1" тона информационном выходе ПЗУ 24 кодвторого числа независимо от результатов попарного сравнения трех входных чисел.Триггер управления предназначендля задания режима работы устройства, Когда триггер находится в нулевом состоянии, то предлагаемое устройство осуществляет адаптивное скользящее сглаживание входного сигнала.Тогда на управляющий вход мультиплексора 16 поступает в каждом такте работы устройства двухразрядныйкод номера минимальной погрешностилинейной аппроксимации. В случае,когда триггер находится в единичномсостоянии, то данное устройство осуществляет обычное (неадаптивное)скользящее усреднение входного сигнала. Тогда во всех тактах работыустройства мультиплексор 1 б коммутирует на выход устройства свой второй вход, т,е. первый выход первого блока 11 элементов задержки, 1 этом слу чае на выходе устройства локальное среднее значение а по и отсчетам входного сигнала.Формула изобретенияУстройство для адаптивного сколь" зящего сглаживания, содержащее аналого-цифровой преобразователь, элемент задержки распределитель, импульсов, блок выделения минимума, мультиплек- сор, два блока задержки, блок извлечения квадратного корня, вычитатель, блок вычисления среднего значения квадратов, блок вычисления квадрата д) среднего значения, вход аналого-цифрового преобразователя является входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первыми входами блоков вычисления сред" 25 него значения квадратов и .квадрата среднего значения, вторые входы которых соединены с выходом первого , элемента задержки, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового З 0 преобразователя, тактовый вход которого подключен к первому входу распределителя импульсов, второй выход которого соединен с тактовыми входами блоков вычисления квадратов среднего значения и среднего значения квадратов и цифрового фильтра, выход блока вычисления среднего значения квадратов подключен к входу уменьшаемого первого вычитателя, вход пер" вого вычитаемого которого соединен с выходом блока вычисления квадрата среднего значения и соединен с вхо дом блока извлечения квадратного кор" ня, выход которого подключен к входу первого блока элементов задержки,первый выход которого соединен с,первым информационным входом мультиплексора, адресный вход которого подключен к выходу блока выделения мини"мума, первый информационный вход которого соединен с выходом первоговычитателя и соединен с входом второго блока задержки, тактовый вход блока извлечения квадратного корня подключен к третьему выходу распределителя импульсов, четвертый выход которого соединен с тактовым входом блока выделения импульса, первый и второй выходы второго блока задержкиподключены соответственно к второмуи третьему информационным входамблока выделения минимума, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности, в него введеныцифровой фильтр, квадратор, дели,тель, элемент задержки, второй вычитатель, сумматор, выход аналогоцифрового преобразователя соединенс входом цифрового фильтра, выходкоторого подключен к входу делителяи квадратора, выход которого соединен с входом второго вычитаемого первого вычитателя, выход делителя подключен к первому входу сумматора ичерез второй элемент задержки - кпервому входу второго вычитателя,второй вход которого соедйнен с вто"рым выходом второго блока задержки,выход блока извлечения квадратногокорня подключен к второму входу сумматора, выход которого соединен свторым информационным входом мультиплексора, третий информационный входкоторого подключен к выходу второговычитателя, четвертый выход распределителя импульсов соединен с тактовыми входами квадратора и делителя,тактовый вход сумматора и второговычитателя подключен к пятому выходу распределителя импульсов, 13870171387017 г.Ю Составитель И.МухинТехред А.Кравчук Корректор В.Бутя Редактор И,Шулла каз 1496/4 ИИПИ СССР 4 аж 704 ПодписноеГосударственного комитетаделам изобретений и открытийМосква, Ж-.35, Раушская наб оизводственно-полиграфическое предприяти Ужгород, ул, Проектная,