SU1264202A1 - Устройство дл интерпол ции - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области вычислительной техники и позвол ет сократить врем  вьтолнени  интерпол ции дискретизированных изображений за счет аппаратной реализации интегрировани  по контуру и. запоминани  координат точки интерпол ции. Устройство содержит шесть элементов И 1, 2, 7, 8, 13, 15, четьфе элемеита ИЛИ 3, 4, 9, 10, два реверсивных счетчика 5, 6 счетчик управлени  11, делитель частоты 12, элемент W

Description

НЕ 14; блок 16 пам ти, три регистра 17, 19, 21, два сумматора 18,. 20, вычитатель 22 и блок 23 управлени  Блок 23 выполнен на триггерах 31-33, генераторе 34 импульсов и элементе ИЛИ-НЕ 35, Изменение координат, св занное с переходом к следующей

точке интерп ол ции, осуществл етс  подачей импульсов на входы 24 и 25 устройства, при этом направление изменени  координат управл етс  состо нием входов 26 и 27, устройства, 1 ЗоП, ф-лы, 5 ил.

Изс5бретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки двумерных массивов данных, в частности, в системах обработки и преобразовани  изображений.

Цель изобретени  - повьшение быстродействи  за счет аппаратной реализации интегрировани  по контуру и запоминани  координат точки интерпол ции .

На фиг, 1 изображена функ7диональна  схема устройства; на фиг. 2 структура дискретизированного изображени  и.положение точки интерпол ции J на фиг. 3 - схема формировани  интерпол ционного отсчета; на фиг« 4 - схема изменени  адреса при интерпол цииJ на фиг, 5 - временна  диаграмма работы блока управлени .

Устройство содержит первый 1 и второй 2 элементы И, первый 3 и второй 4 элементы ИЛИ, первый 5 и второй 6 реверсивные счетчики, третий 7 и четвертый 8 элементы И, третий 9 и четвертый 1-0 элементы ИЛИ, счетчик 11 управлени , делитель 12 частоты , п тый элемент И 13, элемент НЕ 14, шестой элемент И 15, блок 16 пам ти, первый регистр 17, первый сумматор 18, второй регистр 19, второй сумматор 20, третий регистр 21, вычитатель 22 и блок 23 управлени .

Разр ды двоичного числа с выхода регистра 21 поступают на вход вычитаемого вьгчитател  22 со сдвигом на два разр да в сторону младших разр дов (деление на четыре), а с выхода регистра 19 на вход уменьшаемого вычитател  22 со сдвигом на (т + 1) разр дов в сторону младших разр дов

(деление на 2

), где m - число

разр дов делител  12.

Входами устройства  вл ютс  входы 24, 25 и 26, 27 соответственно первой , второй координаты и реверса направлений первой и второй- координаты, вход 28 начальной установки адреса, вход 29 запуска. Выходом 30 устройства служит выход вычитател  22,

Блок 23 управлени  содержит двутактные D-триггеры 31-33, генератор 34 импульсов, элемент ИЛИ-НЕ 35.

Устройство работает следующим образом .

Дл  удобства назовем функцию Z f(x, у) изображением.

Состо нием старших разр дов реверсивных счетчиков 5 и 6, соединенных с адресными входами блока 16 пам ти, определ ет выдаваемый на выход блока 16 элемент .дискретизованного. изображени  (фиг. 2). Емкости счетчиков 5 и 6 (их части, содержащей старшие разр ды) равны соответственно L и К. Части счетчиков 5 и 6, соответствующие младшим (остальным) разр дам имеют одинаковые емкости

так что общие емкости этих счетчиков 5 и 6 Lи К-2

Числа X и Y на счетчиках 3 и 6 определ ют положение точки интерпол ции на плоскости (фиг. 2), при этом старшие их разр ды определ ют положение этой точки с точностью до одного элемента растра, а младшие рассто ние до ближайшего столбца и строки. Однако то, какой отсчет дискретизованного изображени  вы- даетс  на выход блока 16 пам ти, зависит только от состо ни  старших разр дов счетчиков 5 и 6. Поэтому, не ограничива  обш;ности, можно считать содержимое старших разр дов целой частью числа X (либо Y), содержимое младших - дробной, т.е. размер элемента растра равен единице (размер всего растра на фиг. 2 составл ет LxK).

На фиг. 3 изображены четьфе ближайших к точке интерпол ции Рц. (х, у) отсчета дискретизованного йзобра-.жени  (фиг. 2): f(Po, ). f(Po, f(P. f(P.. ). Уравнение плоскости проход щей через отсчеты в точках следующее: ( Zo, Z z, + (Z,,. - z,j6x + „)S Y, to где SX и SY - числа на младши р дах счетчиков 5 и 6, не прев щие единицы. Аналогичные уравнени  дл  ш тей через точки (, Р„, ) и (Р 41 No следук цие: Z Z,, + (Z,, - Z, )6Y + - Z )(1 ); + (Z - Z,, )(1 -6 I 11 10 n « (Z,, - Z,, )(1 -SY), )(1 Z Z. + (Zo„ - Z.. - z, )x. + (Z. При линейной интерпол ции п точкам (Р„ Р.- ) в качес интерпол ционного значени  отс в точке (X, Y) можно вз ть отс зтой точке уравнени  (1); - I 00 Аналогично, использу  уравн ( 2) и (4), можно построить отс ... Zy. Тогда за интерпол но значение в точке (X, Y) при терпол ции по четырем точкам (Z Z ) принимают: i(2., Zu Z, ,o(i -«X) + + , (1 - SY) z,5Yi + + tz,5x + z (1 -Sx)l H. Lz,Y 2;;(i -SY)} - Z,

Домножив это вьфажение на 2(емкость младших разр дов счетчиков 5 . и 6), получают выражение, в соответствии с которым осуществл ют вычислени :

1 /г

Claims (2)

1. Z, ( 2-) - 2 |+ Z 6Х 2 + Z , (2 -6 Y 2) + ) 5 + 2„бх-2 , 0 (2 SX-2 ) + Z,6Y 2 6Y-2)) -| (Z + Z Z ). Действительно, после установки реверсивных счетчиков 5 и 6 в состо ние , соответствующее точке Р (х, у), 1на вход 29 запуска устройства подают отрицательный импульс, инициирующий работу блока 23 управлени . Этот импульс устанавливает триггеры 31 и 32 в состо ни  1 и О соответственно . На первом входе блока 23 управлени  присутствует уровень 1, который устанавливаетс  с момента окончани  предыдущего цикла интерпол ции (фиг. 5). По положительному фронту очередного тактовогЬ импульса генератора 34 О с информационного входа триггера 31 переписываетс  на его выход, а на выход триггера 32 записываетс  1 с выхода триггера 31. По второму и последующим импульсам в триггер 32 .записываетс  О с выхода триггера 31. На третьем выходе блока управлени  23 формируетс  положительный импульс (см. фиг. 5). Этот импульс устанавливает в нулевое состо ние счетчик 11, делитель 12 и регистры 17, 19 и 21. С выхода третьего разр да установленного в О счетчика 11 уровень О поступает на вход признака окончани  цикла блока 23 управлени . С этого момента сигнал на первом выходе блока управлени  23 устанавливаетс  в нулевое состо ние, что блокирует входы 2427 устройства и вызьтает по вление уровн  О на входах элементов ИЛИ 3, 4, 9 и 10. Уровни сигналов на управл ющих входах счетчиков 5 и 6 повтор ют состо ние второго разр да счетчика 11. Так как последний обнулен, то счетчик 5 суммирует (нулевой уровен на входе управлени ) импульсы, поступающие с второго выхода блока 23 управлени  на его счетный вход (фиг. 5). На счетный вход счетчика 6 импульсы не поступают, так как элемент И 13 блокирован нулем на его втором входе, Каждьй импульс на втором выходе блока управлени  увеличивает содержимое счетчика 5 на единицу его младшего разр да. Одновременно увел чиваетс  число в счетчике 11, емг кость которого, как и младших раэр дон счетчиков 5 и 6, равна 2 . . В интервале между импульсами число на выходе блока 16 пам ти определ етс  старшими разр дами счетчиков 5 и 6, Это число заноситс  по фронту сигнала на входе синхронизации записи в регистр 17, Затем по фронту сигнала на входе записи происходит его накопление (добавление к прежнему содержимому) в регистре 19 с помощью сумматора 18,число на вы ходе которого перед очередной записью в регистр 19 равно сумме со .держимого этого регистра и числа в регистре 17. После поступлени  с,второго вход блока 23 управлени  первой серии из 2 импульсов содержимое младших раз р дов счетчика 5 становитс  равным исходному (так как их емкость равна 2 ), число на адресном входе блока 16 пам ти, соединенном со старшими разр дами счетчика 5, .увеличиваетс  на единицу. Как следует из фиг, 4, где изображен участок растра точек отсчетов функции f(x, у), содержащи точки Р , Р„ ,. Р, , , Р , это соответствует перемещению точки (X, Y) по пр мой вдоль оси X на единицу (фиг, 2) в точку А, Причем пбскольку начальное положение в точке Р по отношению к растру дискретизации (например к точке Р, ) определ етс  содержимым младших разр дов счетчиков 5 и Ь, т.е, их содержимое в точ ке Р соответствует поступлению |5Х2 и i5Y-2 импульсов, от начала интерпол ции в точке Р до момента пересечени  вертикали Р , Р. ( фиг. 4) в Точке Л , соответствующе го увеличению на единицу числа на первом адресном входе блока 16 пам  ти, с второго выхода блока 23 упра ени  поступает (2 -5Х2 ) импульов . При изменении числа X на счетчике , соответствующем перемещению точки (X, Y) из точки Рц до точки А число а Выходе блока 16 пам ти соответстует отсчету в точке Р , т.е. раво ZQJ, , так как старшие разр ды счетика 5 при этом не измен ютс . Посольку с второго выхода блока 23 правлени  на этом этапе на счетный ход счетчика 5 и вход синхронизации егистра 19 поступает ( Х-2 мпульсов, а перед началом интерпол ии регистр 19 был обнулен, его соержимое при прохождении точкой (X, ) точки А равно (2.-S Х-2) - Z,, , В точке А содержимое регистра 19 тановитс  равным (2 - S Х-2)Zoo -ь6Х2 Хр,. К этому моменту блок 23 управлени  вырабатывает 2 импульсов , вследствие чего первый разр д счетчика 11 после прохождени  точкой (X, Y) точки А устанавливает 1 , выход элемента И 15 - в а импульсы с второго выхода блока 23 управлени  через элемент И 13 и ИЛИ 4 начинают поступать на вход реверсивного счетчика 6, который их суммирует, так как на его. управл ющем входе по прежнему присутствует О с выхода второго разр да счетчика 11. На счетный вход счетчика 5 импульсы не поступают. Так как на этом этапе измен етс  число Y, то движение точки (X, Y) происходит по вертикали из точки А в точку Б, в которой число в регистре 19 становитс  равным . (2 -SX 2-)Z +&Х.2.г„,3 + -ь (2 -5Y-2)Z, +&Y-2 -Z,,l . К моменту прохождени  точки Б число поступивших импульсов составит 2 , и на выходе первого разр да счетчика 11 устанавливаетс  О, а на выходе второго - 1. котора , пройд  на управл ющие входы счетчиков 5 и 6, реверсирует направление счета. Следующие 2 импульсов со второго выхода схемы управлени  поступают на счетный вход счетчика 5, а :точка (X, Y) перемещаетс  по горизонтали из точки Б в точку В и число в регистре 19 увеличитс  на 5X-2 Z,, + (.2)Zj . Четверта  сери  из 2 импульсов соответствует перемещению из точки Б.в точку Р, . Число в регистре 19 увеличиваетс  еще на + (2 -SY-2)-Z Л и становитс  равным выражению в фигурных скобках в выражении (6), Одновременно накопление происходит и в регистре 21, однако занесение информации в него (по сигналу на входе записи) осуществл етс  по отрицательному фронту выходного сиг нала делител  12. Поскольку емкость этого счетчика равна 2, накопление числа с выхода регистра 17 в регист 21 происходит по окончании каждой серии из 2 импульсов, т.е. при про хождении точкой (X, Y) точек А, Б, В и Ру. Число в регистре 17 в эти так как перед начало 10 00, интерпол ции содержимое регистров обнул етс , то при прохождении точк р в регистре 21 накопл етс  величи на (Z,, + Z,, + Z -t- Z,,). к моменту окончани  последней се рии из 2 импульсов их общее число с начала интерпол ции составл ет 4 -Поскольку емкость делител  равна 2, последний импульс серии переведет его в нулевое начальное состо ние. Первый, второй и третий разр ды счетчика 11 устанавливаютс  в состо ни  соответственно О и 1. По вление единичного уровн  на выходе третьего разр да счетчика 11, соединенного с входом признака окончани  цикла блока 23 управлени  деблокирует D-триггер 33 1 с D ин формационного входа этого триггера переписьшаетс  на выход по положительному фронту очередного (4 х 2 + 1)-го импульса генератора 34 (фиг. -5). При этом дальнейшее форми рование импульсов на втором выходе блока 23 управлени  прекращаетс , а на первом ее выходе устанавливаетс  уровень 1, разрешающий прохождени сигналов с входов 24-27 через элеме ты И 1, 2, 7 и 8. По первому импульсу на втором выходе блока 23 управлени  в регистре 19 присутствует О по второму импульсу серии - число ZOQ и т.д.; по последнему (4 х 2 + 1)-му импульсу в регистр 19 заноситс  последний отсчет с выхода сумматора 18. Накопленна  в этом регистре сумма 4 2 суммирований становитс  численно равна выражению в фигурных скобках формулы (6). На выход 30 устройства поступает число с вычитател  22. На вход вычитаемого вычитател  22 поступает величина (Z + Z-, + Z выхода регистра 21 со сдвигом в сторону младших разр дов, соответствующим делению на четыре; на вход уменьшаемого - число с в 5кода регистра 19, равное значению выражени  в фигурных скобках в формуле (6) со сдвигом , соответствующим делению на . Тогда на выходе вычитател  22 и выходе 30 устройства имеетс  число, соответствующее первой части формулы (6) - расчитанный интерпол ционный отсчет в точке Р (Х, Y). На этом цикл интерпол ции в точке Р заканчиваетс . Устройство готово к вводу коордийат очередной точки интерпол ции. Продолжительность всего вычислительного процесса составл ет 4x2 2() периодов тактовой частоты генератора 34. После завершени  интерпол ции в очередной тЪчке Р (X, Y), устройство переходит в режим ввода координат следующей точки (Х, Y ). При этом на втором выходе блока 23 управлени  импульсы отсутствуют, поддерживаетс  нулевой уровень (на выходах элементов И ТЗ, 15 О), а на 13, 15 первом - уровень 1. Подава  импульсы на входы 24 и 25 внешнее устройство, в качестве которого могут быть использованы, например, дифференциальные числоимпульсные датчики каких-либо измер емых параметров, осуществл ет изменение координат X и Y, св занное с. переходом к следующей точке интер- пол ции. Направление изменени  координат определ етс  состо нием входов 26 и 27, также контролируемых внешним устройством. Количество импульсов, подаваемых на входы 24 и 25 устройства, опреел етс  изменением координат при ереходе к следующей точке интерпо ции: . N 2lx - X(; N, - Yl, причем очередным вводом координаты предыдущей точки (содержимое счетчи ков 5 и 6) сохран ютс . Это позвол  ет получить значительное сокращение времени ввода предлагаемого устройства при интерпол ции дл  массива точек (Xj, Yj), расположенных на изображении большого формата. Это св зано с тем, что средн   вели чина изменени  координат при перехо де от интерпол ции в одной точке к следукнцей меньше средней величины самых координат, определ ющей врем  ввода при отсутствии хранени  координат предьщущей точки. Формула изобретени 1. Устройство дл  интерпол ции, содержащее два элемента И, два элемента ИЛИ, два реверсивных счетчика , делитель частоты, счетчик управ лени , блок пам ти, три регистра, первый сумматор и блок управлени , первые входы первого и второго элементов И  вл ютс  входами первой и второй координаты устройства соответственно , выходы первого и второг элементов И подключены к первым вхо дам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, выходы которых подключены к счетным входам первого и второго реверсивных счетчиков соответственно , выходы групп старших разр дов которых подключены к адрес ным входам первой и второй группы блока пам ти, выход которого йодклю чен к информационному входу первого регистра, выход которого подключен к входу первого слагаемого первого сумматора, выход которого подключен к информационному входу второго регистра, выход которого подключен к входу второго слагаемого первого сумматора, отличающеес  тем, что, с целью повьппени  быстродействи  устройства за счет аппарат ной реализации интегрировани  по контуру и запоминани  координат точки интерпол ции, в него введены второй сумматор, вычитатель, третий и четвертый элементы ИЛИ, с третьег по шестой элементы И и элемент НЕ, первые входы третьего и четвертого элементов И  вл ютс  входами реверс направлени  первой и второй координаты устройства соответственно, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к первым входам третьего и четвертого элементов ИЛИ соответственно , выходы которых подключены к. входам управлени  режимом счета первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, входы сброса котррьк соединены с входом начальной установки адреса устройства , вход запуска которого соединен с одноименным входом блока управлени , первый выход которого подключен к вторым входам с первого по четвертьй элементов И, второй выход блока управлени  подключен к входам синхронизации первого и второго регистров , первым входам п того и шестого элементов И и к входу делител  частоты , выход которого подключен к входу синхронизации третьего регистра и счетному входу счетчика управлени , выход первого разр да которого подключен к второму входу п того элемента.И и через элемент НЕ к второму входу шестого элемента И, выходы п того и шестого элементов И подключены к вторым входам второго и первого элементов ИЛИ соответственно , выход второго разр да счетчика управлени  подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов ИЛИ, выход третьего разр да счетчика управлени  подключен к входу признака окончани  цикла управлени , третий выход которого подключен к входам сброса счетчика управлени , делител  частоты и с nepisoro по третий регистров, выход первого регистра подключен к входу первого слагаемого второго сумматора, выход которого подключен к информационному входу третьего регистра, выход которого подключен к входу второго слагаемого второго сумматора и со сдвигом на два разр да .в сторону младших разр дов к входу вычитаемого вычитател , выход второго регистра подключен со сдвигом на (т 1) разр дов в сторону младших разр дов к входу уменьшаемого вычитател , где m - число разр дов делител  частоты, выход вычитател   вл етс  выходом устройства.
2. 2. Устройство по п. 1, о т л и чающеес  тем, tiTo блок управлени  содержит генератор импульсов.

   элемент ИЛИ-НЕ и три триггера, входы синхронизации которых соединены с первым входом элемента ИЛИ-НЕ и выходом генератора импульсов, инверсный вход установки первого триггера  вл етс  входом запуска блока и соединен с инверсным входом сброса второго триггера, информационный вход которого подключен к выходу первого триггера, информационный вход которого подключен к шине информационноsy

   Afjraffufue fHiSp/f tif фи&2

   го нул  блока, информационный вход и инверсный вход сброса третьего триггера подключены к входу признака окончани  цикла блока, выход третьего триггера подключен к второму вход элемента ИЛИ-НЕ и  вл етс  первым выходом блока, выход элемента ИЛИ-НЕ  вл етс  вторым выходом блока, выход второго триггера подключен к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ и  вл етс  третьим выходом блока.

   Cvefnvt/f(5, e/4o/ ufue

   Sx

   jUffsra u/t/f