DE3223565C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der eindimensionalen Bildverarbeitung oder bei der Radarsignalverarbeitung finden zum Teil Auswerteverfahren Anwendung, bei der eine Gruppe von Werten, die innerhalb eines über eine längere Kette von Werten gleitenden Ausschnitts liegen, der Größe nach sortiert werden müssen. Die Sortierung bildet in diesen Fällen die Grundlage für die Signalauswertung nach Methoden der geordneten Statistiken. Beim Gleiten bzw. schrittweisen Vorrücken des Ausschnitts über die Kette entsteht jeweils eine neue Wertegruppe, in der der älteste Wert der vorigen Gruppe durch einen neuen Wert ersetzt ist. Der neue Wert muß an die richtige Stelle der Wertegruppe eingereiht werden.

Um eine realzeitige Verarbeitung der Signale durchzuführen zu können, muß die vollständige Sortierung einer Gruppe sowie gegebenenfalls ein Auslesen des Sortierergebnisse innerhalb des im allgemeinen sehr kurzen Zeitraums, der zwischen dem Eintreffen zweier aufeinanderfolgender Werte der Kette liegt, erfolgen.

Aus G. V. Trunk, B. H. Cantrell, F. D. Queen: Modified Generalizid Sign Test Processor for 2-D Radar in: IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-10, No. 5, Sept. 1974, ist ein Rangordnungsverfahren für Radarsignale bekannt. Dabei werden die digitalisierten Radarsignale in ein Schieberegister geleitet, dessen mittlerer Bereich als Testzelle bezeichnet wird. Ein Radarsignal, das sich in der Testzelle befindet, wird in den benachbarten Radarsignalen verglichen und daraus der Rang bestimmt. Anschließend erfolgt eine Integration der ermittelten Ränge. Sofern dieses integrierte Signal zwei vorgebbare Schwellwerte überschritten hat, wird dieses Signal einem Ziel zugeordnet und weiter ausgewertet. Ein solches Verfahren wird als CFAR (Constant false alarm rate)-Verfahren verwendet.

Aus der GB 20 72 451 ist ein vergleichbares Rangordnungsverfahren für ein CFAR-Verfahren bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein anderes Verfahren und eine andere Anordnung anzugeben, die eine solche Rangordnung innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche 2 und 3 beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens. Eine erfindungsgemäße Anordnung ist im Patentanspruch 4 angegeben. Aus den Unteransprüchen 5 bis 10 sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen.

Die drei Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können jeweils für alle Werte der Wertegruppe gleichzeitig durchgeführt werden. Die zur Sortierung benötigte Zeit ist also unabhängig von der Zahl der zu sortierenden Werte. Bei der allgemein üblichen Verarbeitung der Daten in paralleler Form kann das erfindungsgemäße Sortierverfahren dadurch auch mit sehr hohen Datenerneuerungsraten, wie sie beispielsweise in der Radarsignalverarbeitung auftreten, schritthalten.

Für bestimmte statistische Auswertungen ist es wünschenswert, den Wert, der in der Rangfolge der Wertegruppe einen vorgegebenen Platz einnimmt, z. B. den drittgrößten Wert, aufzufinden und zur Weiterverarbeitung, z. B. zur Ableitung eines Schwellwerts, auszulesen. Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht dazu einen 4. Verfahrensschritt innerhalb eines Sortierzyklus vor.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist für jeden Wert der Gruppe eine von mehreren gleichen Baugruppen vorgesehen. Die Baugruppen sind untereinander und mit den Datenausgängen und -eingängen der Sortierordnung durch eine Daten-Leitung verbunden.

Ersetzen des jeweils ältesten Werts durch einen neuen Wert in jedem Zyklus bedeutet, daß die Baugruppen in aufeinanderfolgenden Zyklen nacheinander zum Ersatz ihres Speicherwerts nach dem FIFO-Prinzip (First In - First Out) an der Reihe sind. Diese zylische Umlauf unter allen Baugruppen ist vorteilhaft durch die einfache Ansteuerung der Baugruppen nacheinander. Innerhalb eines Zyklus unterliegt jeweils eine Baugruppe einer besonderen Steuerung für die Neueinspeicherung und die Neufestsetzung eines Rangwerts, während alle übrigen Baugruppen gleichzeitig mit gleichen Steuersignalen beaufschlagt werden. Die einzelnen Verfahrensschritte und die Verbindung der Baugruppen untereinander werden durch eine Steuereinrichtung koordiniert. Dieser wird zum einen ein Zyklustakt zugeführt, der das Weiterschalten auf die nächste Baugruppe für die besondere Steuerung und die Einleitung eines neuen Sortierzyklus bewirkt. Unter besonderer Steuerung sind dabei Steuerbefehle oder -signale zu verstehen, die nur auf diese eine Baugruppe bezogen sind. Zum andern wird der Steuereinrichtung ein Subtakt zur Steuerung der zeitlich richtigen Abfolge der Verfahrensschritte innerhalb eines Zyklus zugeführt. Die Erzeugung von Taktimpulsen mit zeitlich richtiger Zuordnung ist dem Fachmann an sich geläufig. Vorteilhafterweise sind beide Takte aus einem gemeinsamen Grundtakt abgeleitet.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Abbildungen in Ausführungsbeispielen noch eingehend erläutert.

Den Ablauf der Sortierung zu Beginn einer Wertekette verdeutlicht am Beispiel einer Wertegruppe mit vier Werten die in Fig. 1 gegebene Tabelle.

Fig. 2 zeigt im Detail eine von den mehreren Baugruppen sowie die allen Baugruppen gemeinsamen Einrichtungen wie Datenleitung, Steuereinrichtung und Summierer.

Das Demonstrationsbeispiel in der Tabelle der Fig. 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit auf Wertegruppen mit vier Werten begrenzt. Die zu Beginn des ersten Zyklus vorliegenden Werte sind willkürlich gewählt. Erst ab dem 4. Zyklus stehen lauter Werte aus der Wertekette in den vier Registern. Die Rangordnung der Registerwerte ist daher ebenfalls erst ab dem 4. Zyklus von Bedeutung. Die jeweils neu eingespeicherten Werte sind in der Reihe "Registerinhalt neu" hervorgehoben. Die Rangzähler haben im Beispielsfall einen Zählbereich von 0 bis 3 und gehen bei Stellung 3 und einem weiteren Zählschritt wieder in Zählstellung 0, beim Rückwärtszählen entsprechend von 0 nach 3. Diese Ausführung der Zähler als Zählringe ist nicht zwingend, bietet aber mit der Abgabe eines Übertragsignals eine vorteilhafte Möglichkeit zur Steuerung des in einem 4. Verfahrensschritt vorgesehenen Auslesevorgangs. Die Sortierung ist innerhalb eines Zylkus jeweils mit dem 3. Verfahrensschritt (3. S) abgeschlossen. Die in der letzten Reihe (3. S) angegebenen Rangzählerstellungen geben also ab dem 4. Zyklus die korrekte Rangfolge der in der Reihe "Registerinhalt neu" zum jeweiligen Zyklus angegebenen Werte wieder. Beim 1. Verfahrensschritt (1. S) und beim 2. Verfahrensschritt können gleiche Rangzählerstellungen zu verschiedenen Registern auftreten, was aber ohne Bedeutung ist. Zudem kann der Rangzähler zu dem Register, in das ein neuer Wert eingeschrieben wird, in den ersten beiden Verfahrensschritten für die Rangfolge unbeachtet bleiben, da sein Zählwert beim 3. Verfahrensschritt unabhängig vom vorhergehenden Zählerstand festgesetzt wird. Die Rangzählerstellung zu Beginn des 1. Zyklus ist beliebig. Im Beispielsfall sind alle Zähler zu Beginn auf 0 gesetzt. Da am ehesten Probleme beim Sortieren zu erwarten sind, wenn innerhalb einer Wertegruppe gleiche Werte, im folgenden Gleichwerte genannt, vorliegen, ist im Beispielsfall in den Zyklen 1-5 jeweils der Wert 2 als neuer Wert vorgegeben.

Man erkennt, daß auch nach Einsortieren von Gleichwerten eine definierte Rangfolge erzeugt wird. Der Rang unter den Gleichwerten steigt dabei mit zunehmendem Alter des Werts an, so daß der durch einen neuen Wert ersetzte Gleichwert den höchsten Rang unter den Gleichwerten hatte, während ein neuer Gleichwert in die unterste Rangstellung der Gleichwerte einsortiert wird.

Es sind hierbei naheliegende Äquivalente des beschriebenen Verfahrens denkbar, bei denen beispielsweise der älteste Gleichwert den niedrigsten Rang unter den Gleichwerten haben kann und ein neuer Gleichwert in die höchste Rangstellung der Gleichwerte einsortiert wird. Derartige Varianten lassen sich durch einfaches Modifizieren der Zuordnung der Vergleichsentscheidungen (Kleiner/Größer/ Gleich) zu den Zähleinstellungen (Dekrementieren, Inkrementieren, Summieren) aus der Erfindung ableiten.

In einem weiteren 4. Verfahrensschritt kann dann der auf einen bestimmten Platz der jeweiligen Rangfolge, beispielsweise der größte Wert, dem die Rangzählerstellung 3 zugeordnet ist, zur weiteren Verarbeitung ausgelesen werden. Besonders dann, wenn der bestimmte Platz der Rangfolge, von dem ein Wert ausgewählt wird, veränderbar sein soll, ist es von besonderem Vorteil, wenn im 3. Verfahrensschritt zu der Anzahl der Werte, die kleiner sind als der neue eingespeicherte Wert, ein Grundwert G addiert und der Rang des neuen Werts auf diese Summe festgesetzt wird. Der Grundwert wird dabei so eingestellt, daß unabhängig von dem bestimmten Platz immer der Wert mit der gleichen Rangzählerstellung ausgelesen wird. Dies vereinfacht den schaltungstechnischen Aufbau zum Auffinden des ausgewählten Wertes. Soll z. B. immer das Register zum Rangzähler mit der Zählerstellung 3 ausgelesen werden, so ergibt sich bei der Auswahl des an erster Stelle der Rangfolge stehenden Werts der Grundwert zu G = 1 usw. Die Rangzählerstellung stimmt insbesondere bei Zählringen als Rangzähler dann mit mehr mit der Stellung innerhalb der Rangfolge überein.

Die Anordnung in Fig. 2 zeigt eine Baugruppe 2. Diese haben die Platzziffer I unter den mehreren Baugruppen. Die nächste Baugruppe mit der Platzziffer II ist angedeutet. Die Baugruppen 2 sind untereinander und mit den Ein- und Ausgabeverbindungen der Sortierungsanordnung über eine bidirektionale Paralleldatenleitung 1 (BUS) verbunden. Die Datenleitung ist immer direkt verbunden mit dem Eingang RE des Speicherregisters 4 und einem von zwei Eingängen des Komparators 3. Die am Eingang RE des Registers 4 liegenden Daten können durch einen Taktimpuls auf der Leitung E in das Register eingeschrieben werden und sind dann am Ausgang RA des Registers verfügbar. Am Eingang RE und Ausgang RA des Registers können also durchaus verschiedene Werte vorliegen. Beim Einschreiben eines Werts in das Register wird ein zuvor gespeicherter Wert einfach überschrieben. Der Ausgang des Registers ist direkt mit einem Eingang K1 des Komparators 3 verbunden. Der Komparator vergleicht den Registerinhalt mit dem auf der Datenleitung befindlichen und an seinem zweiten Eingang K2 anliegenden Wert und gibt dementsprechend an einem von drei Ausgängen < (K1 kleiner als K2), = (K1 gleich K2) oder < (K1 größer als K2) ein Signal ab. Das <-Signal gelangt direkt über die Leitung D als Rückwärts-Zählsignal zum Rangzähler 5.

Das = Signal und das <-Signal des Komparators liefern beide über ein Oder-Gllied 6 ein Vortwärts-Zählsignal für den Rangzähler. Der Zählmodus (vorwärts oder rückwärts), der bewirkt, ob eines der Signale vom Komparator den Zähler betätigt, wird von der Steuereinrichtung 8 über die allen Baugruppen gemeinsame Leitung Z eingestellt. Im 1. Verfahrensschritt wird beispielsweise der Modus Rückwärts- Zählen (Dekrementieren), im 2. Verfahrensschritt der Modus Vorwärts-Zählen (Inkrementieren) eingestellt.

Die <-Ausgänge aller Komparatoren sind direkt mit dem Summierer 9 verbunden. Der in diesem Summierer ermittelten Anzahl der Registerwerte, die kleiner sind als der auf der Datenleitung vorliegende Wert, wird in einem Addierer 10 gegebenenfalls noch ein Grundwert G hinzuaddiert. Der Summenwert am Ausgang des Addierers 10 liegt über die gemeinsame Leitung R an Eingängen aller Rangzähler 5. Die Übernahme (Laden) in den Rangzähler erfolgt über die Leitung L durch Steuerung der Steuereinrichtung 8 jedoch nur in der Baugruppe, in deren Register im gleichen Zyklus ein neuer Wert eingespeichert wurde. Durch ein Signal auf der Leitung S vom Rangzähler 5 wird ein Tor 7 angesteuert, über das der Inhalt des Registers 4 auf die Datenleitung 1 ausgelesen wird. Nur derjenige Rangzähler gibt im 4. Verfahrensschritt ein Signal auf seine Leitung S, der nach dem 3. Verfahrensschritt eine bestimmte Zählerstellung, beispielsweise die höchste Zählstufe, aufweist.

Die Abfrage der Rangzähler kann beispielsweise über die Steuerleitung Z erfolgen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Zählern, die bei Überschreiten ihrer höchsten Zählstufe wieder auf die kleinste Zählstufe (Null) übergehen und dabei ein Übertragsignal abgeben. Dieses Übertragsignal kann als Auslesesignal auf der Leitung S dienen.

Das Auslesen des ältesten Registerwerts im 1. Verfahrensschritt erfolgt durch ein Signal auf der Leitung A von der Steuereinrichtung 8 auf das Tor 7 der Baugruppe. In dem Register, in das der neue Wert eingeschrieben wird, ist zwar der älteste Wert gespeichert. Der Speicherwert bleibt beim Auslesen erhalten und wird erst beim Einschreiben eines neuen Werts durch einen Taktimpuls auf der Leitung E überschrieben.

Zu jeder Baugruppe führen von der Steuereinrichtung Signalleitungen E, A und L, die Signale nur für diese eine Baugruppe während eines Zylkus übermitteln. Beim nächsten Zyklus führt eine andere getrennte Leitungsgruppe die gleichen Signale zu der nächsten Baugruppe. Die gemeinsamen Leitungen R und Z sowie die Datenleitung 1 sind bei jedem Zyklus mit allen Baugruppen verbunden. Die Steuersignale auf der Leitung Z steuern alle Rangzähler in gleicher Weise. Die Steuereinrichtung schaltet daher von Zyklus zu Zyklus von der Leitungsgruppe E, A, L auf die nächste weiter. Hierzu enthält vorzugsweise die Steuereinrichtung 8 einen Platzzähler mit den Adressen der mehreren Baugruppen. Dieser Platzzähler wird durch jeden Impuls des Zyklustaktes ZT eine Stelle weitergeschaltet. Der Zyklustakt ist im allgemeinen gleich dem Datentakt der eintreffenden Werte. Die einzelnen Verfahrensschritte innerhalb eines Zyklustaktes werden von der Steuereinrichtung nach Maßgabe eines Subtaktes ST gesteuert, wobei ein Zyklustaktschritt mindestens vier Subtaktschritte umfaßt.

Vorteilhaft ist auch die Verwendung von Register-Komparatoren, die Speicherregister und Komparator einer Baugruppe in einem elektrischen Baustein vereinen.

Claims (11)

1. Verfahren zur schnellen Sortierung der Werte einer Wertegruppe, wobei in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils der älteste Wert der Wertegruppe durch einen neuen Wert ersetzt wird, und Rangordnen der Werte der Größe nach zu einer Rangfolge, wobei

• - von der Wertegruppe jeder Wert in einem zugehörigen Speicherregister gespeichert wird und wobei
• - die Speicherregister zyklisch nach dem FIFO-Prinzip geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet,
• - daß jedem Wert ein Rang zugeordnet wird, der in einem Rangzähler (5) gespeichert wird,
• - daß der Rangzähler (5) als inkrementierbarer und dekrementierbarer Ringzähler, dessen maximaler Anzeigewert gleich der Anzahl der Werte (Ränge) der Wertegruppe ist, ausgebildet wird,
• - daß jeder Zyklus in mindestens drei Schritte unterteilt wird, wobei
• - im ersten Schritt der älteste Wert mit allen übrigen Werten verglichen wird und der Rang der Werte, die größer als dieser älteste Wert sind, um einen Rangschritt dekrementiert wird,
• - im zweiten Schritt der älteste Wert durch den neuen Wert ersetzt wird, dann alle Werte mit dem neuen Wert verglichen werden und der Rang aller Werte, die gleich groß wie oder größer als der neue Wert sind, um einen Rangschritt inkrementiert wird,
• - im dritten Schritt die Zahl der Werte, die kleiner sind als der neue Wert, bestimmt wird und der Rang des neuen Wertes auf die so bestimmte Zahl festgesetzt wird, und
• - daß bei dem nachfolgenden neuen Zyklus von der Rangeinstellung nach dem dritten Schritt ausgegangen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vierten Schritt innerhalb jedes Zyklus, während dessen der einen vorgegebenen Rang aufweisende Wert der Wertegruppe ermittelt und ausgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu der im 3. Schritt bestimmten Zahl ein Grundwert addiert und der Rang auf diese Summe festgesetzt wird.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch je eine Baugruppe für jeden Wert der Wertegruppe mit jeweils einem Schreib-Lese- Speicherregister (4), einem Komparator (3) und einem vorwärts und rückwärts zählenden Rangzähler (5), wobei der Registerausgang mit einem von zwei Eingängen des Komparators verbunden ist, während der andere Komparatoreingang und der Eingang des Registers mit einer für alle Baugruppen gemeinsamen Daten-Leitung (BUS) verbunden sind, durch Einrichtungen zum Auslesen des Registerinhalts auf die Daten-Leitung, durch einen Summierer zum Aufsummieren der Anzahl der Werte, die kleiner sind als der neu eingespeicherte Wert, und durch eine Steuereinrichtung (8), die nach einem vorgegebenen Subtakt (ST) die einzelnen Verfahrensschritte steuert und nach einem Zyklustakt (ZT) einen neuen Zyklus startet.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Subtakt und der Zyklustakt aus einem gemeinsamen Grundtakt abgeleitet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Zähler mit einer bestimmten Zählerstellung im 4. Schritt ein Signal (S) abgibt, das ein Tor (7) zum Auslesen des Inhalts des zugehörigen Registers ansteuert.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Signal (S) das Übertragsignal des Zählers verwendet wird.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Addierer (10), der zum Ausgangswert des Summierers (9) einen vorgegebenen Grundwert (G) addiert.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwert einstellbar ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) einen durch den Zyklustakt fortgeschalteten Platzzähler für die verschiedenen Baugruppen enthält.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Register und Komparator derselben Baugruppe in einem Baustein vereinigt sind.