RU2172516C1

RU2172516C1 - Rank filter

Info

Publication number: RU2172516C1
Application number: RU2000111009A
Authority: RU
Inventors: Д.В. Андреев
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: automatic control and analog computer engineering. SUBSTANCE: rank filter that may be used for building functional units of analog computers, automatic control and regulation facilities, and analog processors has selectors incorporating relational devices each composed of comparator, EXCLUSIVE OR Boolean gate, making and breaking switches. Rank filter provides for selecting minimal, median, or maximal analog signal out of any odd number of input analog signals. EFFECT: enlarged functional capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др. The invention relates to automation and analog computing and can be used to build functional units of analog computers, means of automatic regulation and control, analog processors, etc.

Известны ранговые фильтры (см., например, а.с. СССР 1278902, кл. G 06 G 7/52, 1986 г.), которые выполняют операцию Z = med(x₁, x₂, x₃) выбора медианного (срединного) из трех входных аналоговых сигналов x₁, x₂, x₃.Known rank filters (see, for example, the USSR AS 1278902, class G 06 G 7/52, 1986) that perform the operation Z = med (x ₁ , x ₂ , x ₃ ) select the median (middle ) of the three input analog signals x ₁ , x ₂ , x ₃ .

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых фильтров, относится ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка любого нечетного количества входных сигналов. The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below when using known rank filters is limited functionality, due to the fact that processing of any odd number of input signals is not allowed.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип ранговый фильтр (фиг. 1 в описании изобретения к патенту РФ 2124754, кл. G 06 G 7/52, 1999 г.), который содержит два управляющих входа и выход и выполняет операцию Z= min(x₁, x₂,x₃), Z=med(x₁,x₂,x₃) или Z=max(x₁,x₂,x₃) выбора соответственно минимального, медианного или максимального из трех входных аналоговых сигналов x₁, x₂, x₃.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is the rank filter adopted for the prototype (Fig. 1 in the description of the invention to RF patent 2124754, class G 06 G 7/52, 1999), which contains two control inputs and exit and performs the operation Z = min (x ₁ , x ₂ , x ₃ ), Z = med (x ₁ , x ₂ , x ₃ ) or Z = max (x ₁ , x ₂ , x ₃ ) to select the minimum, median, respectively or the maximum of the three input analog signals x ₁ , x ₂ , x ₃ .

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка любого нечетного количества входных сигналов. The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below when using the prototype is limited functionality due to the fact that processing of any odd number of input signals is not allowed.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения выбора минимального, медианного или максимального из n входных аналоговых сигналов, где n ≠ 1 есть любое нечетное натуральное число. The technical result of the invention is the expansion of functionality by providing the choice of the minimum, median or maximum of n input analog signals, where n ≠ 1 is any odd integer.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом фильтре, содержащем два управляющих входа и выход, особенность заключается в том, что в него введены N + 1

селекторов, причем i-й

и (N+1)-й селекторы содержат соответственно m = 0,5 (n + 1)-1 и m = N - 1 реляторов, каждый из которых выполнен в виде компаратора, подключенного выходом к первому входу булевого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора, присоединенные соответственно к входам замыкающего и размыкающего ключей, выход j-го

релятора соединен с вторым входом (j+1)-го релятора, а выход m-го релятора является выходом селектора, подключенного первым и вторым-(m+1)-м информационными входами соответственно к второму входу первого и первым входам первого-m-го реляторов, входы управления которых объединены и образуют управляющий вход селектора, выход i-го

селектора соединен с i-м информационным входом (N+1)-го селектора, подключенного выходом к выходу рангового фильтра, первый и второй управляющие входы которого присоединены соответственно к объединенным управляющим входам первого-N-го селекторов и управляющему входу (N+1)-го селектора.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the rank filter containing two control inputs and output, the peculiarity lies in the fact that N + 1 is introduced into it

selectors, and i

and (N + 1) -th selectors contain respectively m = 0.5 (n + 1) -1 and m = N - 1 relators, each of which is made in the form of a comparator connected by the output to the first input of the Boolean element EXCLUSIVE OR, the second the input of which is the relay control input, and the output is connected to the control input of the closing and disconnecting keys, the outputs of which are combined and form the relay output, the first and second inputs of which are the non-inverting and inverting inputs of the comparator, respectively connected to the inputs of the closing and poking keys, j-th output

the relator is connected to the second input of the (j + 1) -th relator, and the output of the m-th relay is the output of the selector connected to the second input of the first and first inputs of the first-m-, respectively, the first and second (m + 1) -th information inputs of relators, the control inputs of which are combined and form the control input of the selector, the output of the ith

the selector is connected to the i-th information input of the (N + 1) -th selector connected by the output to the output of the rank filter, the first and second control inputs of which are connected respectively to the combined control inputs of the first-N-th selectors and the control input (N + 1) th selector.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна". The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the set of essential features of the analogue, allowed to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant’s technical result in the claimed device set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed device from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not derive explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result is not revealed from the prior art determined by the applicant, in particular, the following transformations are not provided for by the claimed invention:
- addition of a known product by any known part (s) attached to it according to known rules to achieve a technical result in respect of which the effect of such additions is established;
- replacement of any part (s) of a known product with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of such a replacement is established;
- the exclusion of any part (element) of the product with the simultaneous exclusion of the function due to its presence and the achievement of the usual result for such exclusion;
- an increase in the number of elements of the same type to enhance the technical result due to the presence in the tool of just such elements;
- the implementation of a known tool or part (s) of a known material to achieve a technical result due to the known properties of this material;
- creating a tool consisting of known parts, the choice of which and the connection between them are based on known rules, recommendations, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this tool and the connections between them.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". The described invention is not based on a change in the quantitative characteristic (s), the presentation of such signs in relationship, or a change in its form. This refers to the case when the fact of the influence of each of these characteristics on the technical result is known, and new values of these signs or their relationship could be obtained on the basis of known dependencies and patterns. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На фиг. 1 и 2 представлены соответственно схема предлагаемого рангового фильтра и схема селектора, использованного при построении указанного фильтра. In FIG. 1 and 2, respectively, are a diagram of a proposed rank filter and a selector circuit used in constructing said filter.

Ранговый фильтр содержит два управляющих входа 1₁ и 1₂; выход 2; селекторы 3₁-3_N+1, где

n≠1 есть нечетное натуральное число. Селекторы

и 3_N+1 содержат соответственно m= 0,5(n+1)-1 и m=N-1 реляторов 4₁-4_m; информационные входы 5₁-5_m+1; управляющий вход 6; выход 7. Каждый релятор выполнен в виде компаратора 8, подключенного выходом к первому входу булевого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей 10₁ и 10₂, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора 8, присоединенные соответственно к входам ключей 10₁ и 10₂, выход релятора 4_j

соединен с вторым входом релятора 4_j+1, а выход релятора 4_m является выходом 7 селектора, подключенного входами 5₁ и 5₂-5_m+1 соответственно к второму входу релятора 4₁ и первым входам реляторов 4₁-4_m, входы управления которых объединены и образуют вход 6 селектора. Выход селектора 3_i

соединен с входом 5_i селектора 3_N+1, подключенного выходом к выходу 2 рангового фильтра, входы 1₁ и 1₂ которого присоединены соответственно к объединенным входам 6 селекторов 3₁-3_N и входу 6 селектора 3_N+1.The rank filter contains two

control inputs

1 ₁ and 1 ₂ ; output 2; selectors 3 ₁ -3 _{N + 1} , where

n ≠ 1 is an odd positive integer. Selectors

and 3 _{N + 1} contain respectively m = 0.5 (n + 1) -1 and m = N-1 of relators 4 ₁ -4 _m ; information inputs 5 ₁ -5 _{m + 1} ; control input 6; output 7. Each relator is made in the form of a comparator 8, connected by an output to the first input of the Boolean element EXCLUSIVE OR 9, the second input of which is the relay control input, and the output is connected to the control input of the closing and

opening keys

10 ₁ and 10 ₂ , whose outputs are combined and form the output of the relator, the first and second inputs of which are respectively the non-inverting and inverting inputs of the comparator 8, connected respectively to the inputs of the

keys

10 ₁ and 10 ₂ , the output of the relator 4 _j

connected to the second input of the relay 4 _{j + 1} , and the output of the relay 4 _m is the output 7 of the selector connected to the inputs 5 ₁ and 5 ₂ -5 _{m + 1,} respectively, to the second input of the relay 4 ₁ and the first inputs of the relators 4 ₁ -4 _m , inputs whose controls are combined and form input 6 of the selector. Selector 3 _i output

connected to input 5 _{i of the} selector 3 _{N + 1} , connected by the output to output 2 of the rank filter, the

inputs

1 ₁ and 1 _{2 of} which are connected respectively to the combined inputs of 6 selectors 3 ₁ -3 _N and input 6 of the selector 3 _{N + 1} .

Работа предлагаемого рангового фильтра осуществляется следующим образом. На информационные входы селекторов 3₁-3_N подаются неповторяющиеся наборы x₁₁,...,x_1k-x_N1,...,x_Nk∈{x₁,...,x_n}, где k=0,5(n+1); 1≅i1...<ik≅n; x₁,..., x_n есть информационные аналоговые сигналы (напряжения); n≠1 есть нечетное натуральное число. На входы 1₁, 1₂ фильтра подаются соответственно цифровые управляющие сигналы f₁,f₂∈{0,1}. Если на входе управления релятора присутствует логический "0" (логическая "1") и сигнал на его первом входе больше либо меньше сигнала на его втором входе, то ключ 10₁ соответственно замкнут (разомкнут) либо разомкнут (замкнут), а ключ 10₂ соответственно разомкнут (замкнут) либо замкнут (разомкнут). Следовательно, если на входе 6 селектора присутствует логический "0" (логическая "1"), то этот селектор будет выделять на своем выходе 7 наибольший (наименьший) из сигналов, действующих на его входах 5₁-5_m+1. Таким образом, операция, воспроизводимая предлагаемым фильтром, определяется выражением:

где символами

и

обозначены соответственно операции max и min.The work of the proposed rank filter is as follows. Non-repeating sets x ₁₁ , ..., x _1k -x _N1 , ..., x _Nk ∈ {x ₁ , ..., x _n } are fed to the information inputs of selectors 3 ₁ -3 _N , where k = 0,5 (n + 1); 1≅i1 ... <ik≅n; x ₁ , ..., x _n are information analog signals (voltages); n ≠ 1 is an odd positive integer. The

inputs

1 ₁ , 1 _{2 of the} filter are respectively fed digital control signals f ₁ , f ₂ ∈ {0,1}. If at the control input of the relator there is a logical "0" (logical "1") and the signal at its first input is more or less than the signal at its second input, then key 10 _{1 is} respectively closed (open) or open (closed), and key 10 ₂ respectively open (closed) or closed (open). Therefore, if at the input 6 of the selector there is a logical "0" (logical "1"), then this selector will select at its output 7 the largest (smallest) of the signals acting on its inputs 5 ₁ -5 _{m + 1} . Thus, the operation reproduced by the proposed filter is determined by the expression:

where symbols

and

operations max and min are designated respectively.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый ранговый фильтр обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как обеспечивает выбор минимального, медианного или максимального из n (n≠1 - любое нечетное натуральное число) входных аналоговых сигналов. The above information allows us to conclude that the proposed rank filter has wider functionality compared to the prototype, as it provides the choice of the minimum, median, or maximum of n (n ≠ 1 is any odd natural number) input analog signals.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области автоматики и аналоговой вычислительной техники в качестве функционального узла аналоговых вычислительных машин, спецпроцессоров и др.;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates the following conditions are met when using the claimed device:
- a tool embodying the claimed device in its implementation, is intended for use in industry, namely in the field of automation and analog computing as a functional unit of analog computers, special processors, etc .;
- for the claimed device in the form described in the independent clause of the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is confirmed;
- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims

A rank filter containing two control inputs, an output and two selectors, each of which contains a relator made in the form of a comparator, connected by an output to the first input of the Boolean element EXCLUSIVE OR, the second input of which is the control input of the relator, and the output is connected to the control input of the closing and disconnecting keys, the outputs of which are combined and form the output of the relator, the first and second inputs of which are respectively the non-inverting and inverting inputs of the comparator, respectively connected to the inputs of the closing and opening keys, characterized in that it additionally includes selectors similar to the aforementioned, and relays made in the same way as the relators are additionally introduced into each selector, the output being

the relator is connected to the second input of the (j + 1) -th relay, and the output of the m-th relay is the output of the selector connected to the first and second (m + 1) -m information inputs, respectively, to the second input of the first and first inputs of the first - m- of relators, the control inputs of which are combined and form the control input of the selector, the output

the selector is connected to the i-th information input of the (N + 1) -th selector, connected by the output to the output of the rank filter, the first and second control inputs of which are connected respectively to the combined control inputs of the first - N-th selectors and the control input (N + 1) th selector, while

(n ≠ 1 is an odd positive integer), and the ith

and (N + 1) -th selectors contain respectively m = 0.5 (n + 1) -1 and m = N-1 relators.