Пристрій медіанної фільтрації

Реферат: Пристрій медіанної фільтрації належить до електротехніки, а саме до систем технічного зору, систем цифрового опрацювання зображень та може бути використаний для первинного опрацювання зображень. Пристрій містить вхідний регістр, інформаційний вхід, m 2  m / 2   регістрів, m 1 блоків порівняння. Кожний i-ий i  1 , m  1 містить i  1 вузлів порівняння, , кожний з яких містить схему порівняння, при цьому перші входи всіх схем порівняння з'єднані між собою. Кожний вузол порівняння містить комутатор. При цьому інформаційний вхід пристрою з'єднаний з входом вхідного регістра, вихід якого з'єднаний з першими входами всіх схем порівняння, другим інформаційним входом комутатора та з входом регістра з першого блока порівняння. В кожному i-му блоці порівняння вихід j-го регістра j  1 , i з'єднаний з , другим входом схеми порівняння та третім інформаційним входом комутатора і першим входом комутатора j  1 вузла. Вхід j-го регістра i  1 блока порівняння з'єднаний з виходом комутатора j-го вузла порівняння i-го блока порівняння. Вихід комутатора з m  1 / 2 вузла порівняння m  1 блока порівняння з'єднаний з виходом медіани. В кожному i-му блоці порівняння перший вхід керування комутатора першого вузла порівняння з'єднаний з рівнем лог. 1. В кожному блоці порівняння в i  1 вузлі порівняння другий вхід схеми порівняння та третій інформаційний вхід комутатора з'єднаний з рівнем лог. 0. В кожному блоці порівняння вихід схеми порівняння j вузла порівняння з'єднаний з другим керуючим входом комутатора даного вузла і першим керуючим входом комутатора j  1 вузла порівняння. Технічним UA 105305 C2 результатом є підвищення швидкодії медіанної фільтрації шляхом зменшення такту роботи пристрою. UA 105305 C2 5 10 Винахід належить до галузей штучного інтелекту, а саме до систем технічного зору, систем цифрового опрацювання зображень та може бути використаний для первинного опрацювання зображень. Відомий пристрій для медіанної фільтрації [Вишенчук И.М., Черкасский Н.В. Алгоритмические операционные устройства и супер ЭВМ. - К.: Техник, 1990. – ст.. 131], який   15 20 25 35 40 45 50  209], який містить m регістрів, де m - розмір вікна, m суматорів, m 2  m \ 2  m  1 вузлів порівняння, дешифратор і мультиплексор. Однак даний пристрій має невисоку швидкодію виконання медіанної фільтрації, яка визначається періодом надходження даних, який залежить від часу спрацювання регістра, схеми порівняння, суматора, дешифратора і мультиплексора і обчислюється так: t ф  t Рг  t СП  t Су м  t Деш  t Му льт де t ф - період фільтрації, t Рг - час запису в регістр, t СП - час спрацювання схеми порівняння, t Су м - час спрацювання суматора, t Деш - час спрацювання дешифратора, t Му льт час спрацювання мультиплексора. В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою, медіанної фільтрації, в якому введення нових елементів і зв'язків між ними забезпечило б підвищення швидкодії. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій медіанної фільтрації, який містить m регістрів, m 1 блоків порівняння, кожний i-ий i  1 ,m  1 , містить i  1 вузлів порівняння, , кожний з яких містить схему порівняння, при цьому перші входи всіх схем порівняння з'єднані між собою, згідно з винаходом, додатково містить вхідний регістр, входом якого є  30  містить 2m  1 регістрів, де 2m  1 - кількість елементів сортування в заданому вікні, 15 m2  m , вузлів порівняння, кожний з яких містить схему порівняння і дві схеми "I-АБО". Однак даний пристрій для своєї реалізації вимагає великих апаратних затрат і має малу швидкодію, яка визначається часом спрацювання 2m  1 схем порівняння і 2m  1 елементів "І-АБО". Найбільш близьким до запропонованого пристрою є пристрій медіанної фільтрації [Палагин А.В., Опанасенко В.Н. Реконфигурируемые вычислительные системы - К.: Просвіта, 2006, ст.  інформаційний вхід, m 2  m / 2  m регістрів, кожний вузол порівняння додатково містить комутатор, вихід вхідного регістра з'єднаний з першими входами всіх схем порівняння відповідних вузлів порівняння, другим інформаційним входом комутатора та з входом регістра з першого блока порівняння, в кожному i-му блоці порівняння вихід j-гo регістра j  1 ,i , з'єднаний з другим входом схеми порівняння та третім інформаційним входом комутатора і першим входом комутатора j  1 вузла, вхід j-го регістра i  1 блока порівняння з'єднаний з виходом комутатора j-го вузла порівняння i-го блока порівняння, вихід комутатора з m  1/ 2 вузла порівняння m  1 блока порівняння з'єднаний з виходом медіани, в кожному i-му блоці порівняння перший вхід управління комутатора першого вузла порівняння з'єднаний з рівнем лог. 1, в кожному блоці порівняння в i  1 вузлі порівняння другий вхід схеми порівняння та третій інформаційний вхід комутатора з'єднаний з рівнем лог. 0, в кожному блоці порівняння вихід схеми порівняння j вузла порівняння з'єднаний з другим управляючим входом комутатора даного вузла і першим управляючим входом комутатора j  1 вузла порівняння.   Додаткове введення вхідного регістра, m 2  m / 2  m регістрів, а в кожен вузол порівняння комутатора забезпечило підвищення швидкодії фільтрації, шляхом зменшення такту роботи пристрою, який дорівнює: t  t Рг  t СП  t Км , де t Рг - час запису в регістр, t СП - час спрацювання схеми порівняння, t Км - час спрацювання комутатора. На фіг. 1 представлена блок-схема пристрою медіанної фільтрації, на фіг. 2 наведена схема вузла порівняння, де: 1 - інформаційний вхід; 2 - вхідний регістра 3 - блок порівняння; 4 регістри; 5 - вузол порівняння; 6 - вихід медіани; 7 - комутатор; 8 - схема порівняння. Інформаційний вхід 1 пристрою з'єднаний з входом вхідного регістра 2, вихід якого з'єднаний з першими входами всіх схем порівняння 8, другим інформаційним входом комутатора 7 та з входом регістра 4 з першого блока порівняння 3, в кожному i-му блоці порівняння 3 вихід j-го регістра 4 j  1 ,i з'єднаний з другим входом схеми порівняння 8 та третім інформаційним , 1 UA 105305 C2 5 10 15 20 25 входом комутатора 7 і першим входом комутатора 7 j  1 вузла 5, вхід j-гo регістра 4 i  1 блока порівняння 3 з'єднаний з виходом комутатора 7 j-гo вузла порівняння 5 i-го блока порівняння 3, вихід комутатора 7 з m  1/ 2 вузла порівняння 5 m  1 блока порівняння 3 з'єднаний з виходом медіани, в кожному i-му блоці порівняння 3 перший вхід управління комутатора 7 першого вузла порівняння 5 з'єднаний з рівнем лог. 1, в кожному блоці порівняння 3 в i  1 вузлі порівняння 5 другий вхід схеми порівняння 8 та третій інформаційних вхід комутатора 7 з'єднаний з рівнем лог. 0, в кожному блоці порівняння 3 вихід схеми порівняння 8 j вузла порівняння 5 з'єднаний з другим управляючим входом комутатора 7 даного вузла 3 і першим управляючим входом комутатора 7 j  1 вузла порівняння 3. У пристрої медіанна фільтрація виконується сортуванням чисел методом вставки у ковзному "вікні" розміром m . Процес сортування в пристрої розбитий на m 1 етапів, в кожному i-му етапі i  1 ,m  1 із i відсортованих елементів шляхом включення нового елемента з , виходів регістра 2 формується відсортований масив із i  1 елементів. Медіанна фільтрація у пристрої здійснюється за конвеєрним принципом, де реалізація кожного i-го етапу виконується iим блоком порівняння 3i , який є сходинкою конвеєра. Пристрій медіанної фільтрації працює таким чином. В кожному такті роботи у вхідний регістр 2 записується новий відлік. Число з виходів вхідного регістра 2 надходить на вхід регістра 4 першого блока порівняння 31 , на перші входи всіх схем порівняння 8 і на другі інформаційні входи всіх комутаторів 7. В кожному i-му блоці порівняння 3i за допомогою схем порівняння 8 виконується порівняння числа з виходів регістра 2 з числами з виходів регістрів 4 даного блока. Порівняння чисел виконується схемою порівняння 8, яка формує на виході сигнал лог. 0, коли число з виходу регістра 2 (перший вхід схеми порівняння) є більшим числа, що надходить на другий вхід, а сигнал лог. 1 - у всіх інших випадках. У кожному i-му блоці порівняння 3, результати порівнянь з виходів схем порівняння 8 використовуються для управління комутаторами 7. Формування інформації на виході комутатора 7 кожного j-гo вузла порівняння 5 j виконується у відповідності з наступною формулою: Рг 4 j 1,коли ВихСП j 1  ВихСП j  0  Км j   Рг 2,коли ВихСП j 1  1 ВихСП j  0 , ,  Рг 4 ,коли ВихСП  ВихСП j  1 j j 1  30 де Кмj - вихід комутатора 7 j-το вузла порівняння 5 j , Рг 4 j 1 - вихід регістра 4 j 1 , Рг 4 j вихід регістра 4 j , Рг2 - вихід регістра 2, ВихСП j - вихід схеми порівняння 8 j-го вузла порівняння 5 j , ВихСП j 1 - вихід схеми порівняння 8 j  1 -го вузла порівняння 5 j 1 . За результатами попарних порівнянь в i-му блоці порівняння 3i здійснюється формування на виходах вузлів порівняння 5 j відсортованого масиву із i  1 чисел (максимальне число на 35 40 виході 51 , мінімальне - на виході 5 i 1 . У наступному такті здійснюється запис нового елемента даних в регістр 2, запис числа із виходів регістра 2 в регістр 4 першого блока порівняння 51 і запис відсортованих масивів з виходів попередніх блоків порівняння в регістри 4 наступних блоків порівняння. Після m-го такту роботи і кожного наступного такту роботи на виході 6 отримуємо результати медіанної фільтрації. Даний пристрій забезпечує виконання медіанної фільтрації з тактом рівним: t  t Рг  t СП  t Км , де t Рг - час запису в регістр, t СП - час спрацювання схеми порівняння, t Км - час спрацювання комутатора. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 Пристрій медіанної фільтрації, який містить m регістрів, m 1 блоків порівняння, кожний i-ий блок i  1 , m  1 містить i  1 вузлів порівняння, кожний з яких містить схему порівняння, при , цьому перші входи всіх схем порівняння з'єднані між собою, який відрізняється тим, що 2 UA 105305 C2  5 10  додатково містить вхідний регістр, входом якого є інформаційний вхід, m2  m / 2  m регістрів, кожний вузол порівняння додатково містить комутатор, вихід вхідного регістра з'єднаний з першими входами всіх схем порівняння відповідних вузлів порівняння і другим інформаційним входом комутатора та з входом регістра з першого блока порівняння, в кожному i-му блоці порівняння вихід j-го регістра j  1 , i з'єднаний з другим входом схеми порівняння та третім , інформаційним входом комутатора і першим входом комутатора j  1 вузла, вхід j-го регістра i  1 блока порівняння з'єднаний з виходом комутатора j-го вузла порівняння i-го блока порівняння, вихід комутатора з m  1 / 2 вузла порівняння m  1 блока порівняння з'єднаний з виходом медіани, в кожному і-му блоці порівняння перший вхід керування комутатора першого вузла порівняння з'єднаний з рівнем лог. 1, в кожному блоці порівняння в i  1 вузлі порівняння другий вхід схеми порівняння та третій інформаційний вхід комутатора з'єднаний з рівнем лог. 0, в кожному блоці порівняння вихід схеми порівняння j вузла порівняння з'єднаний з другим керуючим входом комутатора даного вузла і першим керуючим входом комутатора j  1 вузла порівняння. 3 UA 105305 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4