SU1509936A1 - Устройство дл вычислени пор дковых статистик последовательности двоичных чисел - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и технической кибернетике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов, например, дл  ранговой фильтрации сигналов, в системах обработки изображений с целью улучшени  качества изображений и подавлени  шумов. Цель изобретени  - повышение быстродействи . Устройство содержит два элемента задержки 1 и 10, счетчик 2, три элемента ИЛИ 3,4 и 9, два триггера 5 и 6, четыре элемента И 7,8,14 и 15, N регистров сдвига 11 (N-максимальна  разр дность анализируемых чисел), группу элементов И 12, генератор тактовых импульсов 13, N мультиплексоров 16, M элементов сравнени  17 (M - количество анализируемых чисел), два сумматора 18 и 19 и два пороговых элемента 20 и 21. Повышение быстродействи  достигаетс  за счет пословной, а не поразр дной, обработки информационного массива. 1 ил.

Description

ел

о со со

05

Изобретение относитс  к вычислительной технике и технической кибернетике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигнало например, дл  ранговой фильтраций сигналов, в системах обработки изображений с целью улучшени  качества изображений и подавлени  шумов.

Цель изобретени  - повышение быс родействи .

На чертеже изображена структурна схема устройства дл  вычислени  пор дковых статистик последовательности двоичных чисел.

Устройство содержит первьй элемент 1 задержки, счетчик 2, второй и первый 4 элементы ИЛИ, первый 5 и второй 6 триггеры, первый 7 и трети 8 элементы И, третий 9 элемент ИЛИ, второй 10 элемент задержки, п регистров сдвига 11 (п - максимальна  : разр дность анализируемых чисел), группу элементов И 12, генератор 1 тактовых импульсов, второй 14 и чет вертый 15 элементы И, п мультиплексров 16, m элементов 17 сравнени  (т количество анализируемых чисел), певый 18 и второй 19 сумматоры, первы 20 и второй 21 пороговые элементы.

В основу работы устройства положны следующие соотношени . Если все числа последовательности -разные, то число чисел больших и меньших медианы при строгом отношении равно k in-j

2 При нестрогом отношении (т.е. с

включением знака равно) приведенное

значение дл  данной последовательно

ти чисел увеличиваетс  на единицу

k (m - 0/2 + 1 (m + I)/2.

На практике имеют место и такие последовательности, у которых несколько чисел по своему значению, -мо гут быть равны медиане. В этом случае происходит перераспределение, чи сел и,, тогда количество чисел, не превышающих значени  медианы и рав

Ное ей, будет дл  обоих случаев равно или больше k . Это правило используетс  дл  нахождени  медианы.

Если при последовательном сравнении каждого из чисел со всеми остальными окажетс , что количество чисел,не превьш1ающих значение данного числа, и чисел, равных с ним, включа  и само это число, и одноврё- менно количество чисел, превышающих

количество

I

значение данного числа и равных с ним, будет больше или равно k (m + 1)/2, то это число и  вл етс  медианой рассматриваемой последовательности чисел.

Номер Р пор дковой статистики, отличный от медианы k .(m+l)/2, можно найти, если перераспределить

чисел в ранжированной последовательности , сто щих слева и справа от медианы, или количество чисел, больших и равных, меньших и равных по величине заданному числу. В этом случае получают номер Р k + о пор дковой статистики, оп- ределенньш относительно медианы. Тогда количество чисел, сто щих слева от числа Р, включа  и само число.

как

т+1 л -и

а колиI

чество чисел, сто щих справа, включа  и само число, определ етс  как

т+1 +

где о - любое целое

полоI

жительное или отрицательное число,

т+1 не превышающее .

I

„gp статистики Р

Если номер числа отсчитывать не от медианы, а от начала последовательности , то приход т к исходному определению лтор дковой статистики, т.е. количество чисел, меньших или равных числу Р, равно Р, а количество чисел, больших или равных по чине числу Р, равно m - (Р - 1) ю - Р + 1. Приравн в эти выражени  друг другу, получают пор дковый ноН1-Р+1 , Р .

Эти соотношени  затем используютс  дл  выбора порога срабатывани  элементов устройства при выборе конкретного номера статистики из заданной последовательности чисел.

Устройство работает следующим образом ,

В исходном состо нии триггеры 5, 6 и счетчик 2 обнулены. С первого входа устройства на вход элемента И . 8 поступают тактовые импульсы разрешени  записи кодов чисел в регистры П с информационньк шин второго входа устройства. Поскольку на первом и третьем входах логического элемента И 8, соединенных с инверсными выходами триггеров 5 и 6, имеютс  разрешающие потенциалы, поэтому тактовые импульсы , поступающие с первого входа устройства, проход т на выход этого элемента и через элемент ИЛИ 9 поступают на вход управлени  сдвигом содержимого регис 1}ров 11 сдвига, вызыва  сдвиг содержимого регистров на один разр д вверх, а затем через элемент 10 задержки на вход управлени  записью этих регистров. В результате значение; числа с информационных входов устройства записываетс  в первые разр ды регистров 11 сдвига.

После каждой записи числа в регистры значение кодов на.информационных входах обновл етс , поэтому с каждым тактовым импульсом, поступающим на входы разрешени  записи регистров , в них записываетс  новое число . Информационное слово хранитс  в одноименных разр дах всех регистров. Число разр дов регистров m соответствует количеству записываемых в них и обрабатываемых затем чисел. Импульсы с выхода элемента ИЛИ 9 могут использоватьс  вводным устройством в качестве сигнала обратной св зи с действительной записи входной информации в информационные регистры сдвига . Количество записываемых в регистры информационных единиц (слов) соответствует количеству поступающих с выхода логического элемента И 8 через элемент ИЛИ 4 на вход счетчика 2 импульсов, которые подсчитываютс  им

Емкость счетчика 2 на единицу . меньше количества обрабатываемых слов, поэтому при записи в регистры 11 сдвига последнего информационного слова счетчик переполн етс . Импульс переполнени  с выхода старшего разр - .да счетчика 2, поступающий через элемент ИЛИ 3 и элемент 1 задержки на вход триггера 5, переключает его в единичное состо ние. В результате этого элемент ШШ 8 закрываетс , а элемент И 7 открываетс  и импульсы с генератора 13 тактовых импульсов через элементы И 7 и ИЛИ 4 начинают поступать на вход счетчика 2, мен   его содержимое. Значение кода счетчика соответствует пор дковому номеру информационного слова, записанного в регистрах 11 сдвига,и номеру выбираемого в мультиплексорах 16 информационного канала. Поэтому при каждом изменении содержимого счетчика 2 измен етс  значение кода на адресных входах мультиплексоров 16, а значит

и номер коммутируемого мультиплексорами канала.

В результате этого осуществл етс  коммутаци  информационных слов с выходов регистров 11 на входы элементов 17 сравнени . Каждый из элементов сравнени  сравнивает между собой значени  поданных на его входы чисел

и в зависимости от знака отношени  между ними (, , вьщает на своих выходах соответствующие информационные сигналы. Сумматоры 18 и 19 суммируют поступающие со схем 17 сравнени  на их входы сигналы, которые поступают на пороговые элементы 20 и 21. При выборе пор дковой статистики, имеющей номер Р из m нечетных чисел, уровень срабатывани  и„ порогового

элемента 20 выбираетс  исход  из сле- дукщего соотношени :

., ,

где - коэффициент передачи напр - жени  сумматором;

и - уровень сигнала, соответствующий логической 1, а уровень срабатывани , порогового элемента 21 выбираетс  исход  из сле- дующего соотношени :

2U(m. .p,.

Дл  выбора медианы значени  уровней срабатывани  пороговых элементов 20 и 21 выбираютс  одинаковыми в соответствии со следующим выражением:

V.-iia V U(-,wa

Одновременное срабатывание двух пороговых элементов дл  какого-либо числа означает, что это число и  вл етс  пор дковой статистикой последовательности из m чисел С номером Р.

При превышении входным сигналом установленных в пороговых элементах 20 и 21 уровней срабатывани  элементов на выходах элементов по вл етс  информационный сигнал, соответствую- Щий логической 1. По вление на входах элемента И 15 сигналов, св занных с выходами пороговых элементов 20 и 21, при наличии разрешающего потенциала на третьем входе приводит к по влению на выходе элемента И 15 и

на св занном с ним управл ющем входе двухвходовых элементов И 12 сигнала, разрешающего выдачу на выхог. устройства с выходов мультиплексоров 16

значени  пор дковой статистики анализируемой группы чисел.

Одновременно сигнал с выхода элемента И 15 поступает на вход тригге- ра 6, устанавлива  его в единичное состо ние, и на входы триггера 5, устанавлива  его в нулевое состо ние. В результате этого элемент И 7 закрываетс  и прекращаетс  поступление им- пульсов с вькода этого элемента через элемент ИЛИ 4 на вход счетчика 2. Одновременно открываетс  элемент И 14, поэтому приход щий на его вход с первого входа устройства тактовый им- пульс приходит на выход этого элемента и на управл ющие входы регистров II, вызыва  сдвиг содержимого этих регистров на один разр д, этот же, но задержанный элементом 10 задержки д; сигнал, поступающий на другие управл ющие входы регистров, разрешает Запись в них очередного числа с информационных входов устройства.

Далее импульс с выхода элемента И 14 через элемент ИЛИ 3 и элемент 1 задержки поступает на вход триггера 6, переключа  его в инверсное состо ние , в результате чего логический элемент И 14 закрываетс , и на вход триггера 5, включа  его в единичное состо ние, при этом логический элемент И 7-открываетс  и описанньш цикл обработки информации повтор етс .

Устанавлива  различные значени  уровней срабатывани  пороговых элементов 20 и 21 в соответствии с приведенным выражением, можно находить значение любого члена пор дковой ста- тистики в последовательности обрабатываемых чисел.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дн  вычислени  пор дковых статистик последовательности дво- ичных чисел, содержащее счетчик, два триггера, четыре элемента И,первый элемент ИЛИ, п регистров сдвига (п - максимальна  разр дность анализируемых чисел), информационные входы которых  вл ютс  информационными входами устройства, и генератор тактовых импульсов, пр мые вьпсоды пер- вого и второго триггеров соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, выход первого элемента И подключен к первому

   0

   5 0 5

   0

   5

   0

   входу первого элемента ИЛИ, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  быстродействи , в него введены п мультиплексоров, га элементов сравнени  (т - количество анализируемых чисел), два элемента задержки, группа элементов И, два элементаИПИ, два сумматора и два пороговых элемента , причем выход первого элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика, разр дный вькод которого подключен к адресным входам мультиплексоров, а выход переноса счетчика соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого через первый элемент задержки подключен к установочному входу первого триггера и к входу сброса второго триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, вторые вхо-ды второго и третьего элементов И  вл ютс  входом разрешени  записи устройства, инверсный выход первого триггера соединен с третьим входом третьего элемента И, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ и к первому входу третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и с выходом второго элемента И, а выход подключен к входам управлени  сдвигом регистров сдвига и через второй элемент задержки - с входами разрешени  записи регистров сдвига, выходы которых соединены с информационными входами соот- ветствуюддсх мультиплексоров, i-й разр д (i 1,п) первого информчционно- го входа j-ro элемента сравнени  (j 1,m) соединен с i-м разр дом выхода j-ro регистра сдвига, каждый 1-й разр д второго информационного входа j-ro элемента сравнени  соединен с выходом i-rp мультиплексора, который подключен к первому входу i-ro элемента И группы, выходы которых  вл ютс  разр дным выходом устройства, вторые входы элементов И группы соединены с входами сброса первого триггера и счетчика, с установочным входом второго триггера и выходом четвертого элемента И, выход Равно j-ro элемента сравнени  соединен с j-ми входами первого и второго маторов, выход Меньше j-ro элемента сравнени  подключен к (m+j)-My входу первого сумматора, выход которого соединен с входом первого поро9 150993610

   гового элемента, выход которого под-рого подключен к входу второго поро- ключен к первому входу четвертогогового элемента, выход которого сое- элемента И, выход Больше j-ro эле-динен с вторым входом четвертого элемента сравнени  соединен с (m+j)-Mмента И, третий вход которого соеди- входом второго сумматора, выход кото-йен с пр мым выходой первого триггера.