SU1647585A1

SU1647585A1 - Устройство цифровой двумерной свертки

Info

Publication number: SU1647585A1
Application number: SU884474349A
Authority: SU
Inventors: Сергей Евгеньевич Донченко; Юрий Николаевич Матвеев; Евгений Федорович Очин; Юрий Федорович Романов; Кабулджан Мусинович Юсупов
Original assignee: Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики
Priority date: 1988-08-16
Filing date: 1988-08-16
Publication date: 1991-05-07

Abstract

Изобретение отностис к вычислительной технике и может быть использовано дл обработки двумерных массивов большой размерности. Целью изобретени вл етс расширение области применени за счет возможности применени дл обработки аэрокосмических изображений. Устройство содержит счетчик , группу буферных блоков пам ти, группу регистров данных, матрицу блог ков пам ти таблиц, матрицу регистров, регистры, матрицу сумматоров, суммат торы, элемент НЕ, информационный вход,| шины разр дных срезов, входы и выходы устройства, многовходовый сумматор. Поставленна цель достигаетс введег-i нием новых элементов и св зей. 3 ил. I

Description

Изобретение относитс к вычислительной технике и может быть использовано дл обработки двумерных массивов большой размерности.

Целью изобретени вл етс расти - рение области применени за счет возможности применени дл обработки аэрокосмических изображений.

На фиг.1-3 представлена функциональна схема устройства.

Устройство содержит счетчик 1, группу буферных блоков ..пам ти, группу регистров Sf-S данных, матри- .цу блоков 4gft пам ти таблиц (1 1... L, n 1 .. .N) , матрицу регистров 5(1 1...L, n 1...N), регистры 6, матрицу сумматоров 7рк(1 1...L, К 2...N), сумматоры 8, элемент НЕ 9, информационный вход 10, шины По (1

1...L) разр дных срезов, вход 12 управлени обращением к пам ти устройства , группу входов 13 управлени записью устройства, группу входов 14 загрузки таблиц, выход 15 устройства, синхровход 16 устройства, вход 17 режима работы устройства, многовходовый сумматор 18,

Вычисление свертки в устройстве осуществл етс на основе использовани таблиц взвешенных сумм весовых коэффициентов, которые формируютс следующим образом: М

- т-

VA

&

|

сл

00

ел

где .}.. ,ал - индекс (адрес)

элемента таблицы;

абЈО,1,Wу,- весовые коэффициенты свертки (т 1...М, п 1 ...

N);5

М - число строк; N - число столбцов матрицы весовых коэффициентов ,

Кажда из N таблиц содержит взве- ю шенные суммы коэффициентов одного из столбцов (n-го столбца) матрицы весовых коэффициентов. Каждое из табличных значений таблиц вл етс суммой (представленной в дополнительном ко- 15 де) тех весовых коэффициентов столб- ,ца матрицы весовых коэффициентов, которые соответствуют единичным значени м двоичных цифр а индекса А табчений адресов, а блок 2 - второй разр д всех значений адресов.

Пор док изменени адресов, формируемых на шинах J1, определ етс пор дком чередовани констант 000,..0 и I11 ... 1 . Дл формировани последовательности адресов в пор дке возрастани от 0 до в блок 2мнпам ти загружаетс массив (последовательность ) констант, состо щий из 2 констант OOQ...O и следующих за ними

МИ

констант I11...1. В блок 2.

константы загружаютс следующим образом: 2 констант 000...О, 2 констант П1..Л, констант 000.. .0 и, наконец, 2 гконстант 111...1, в блок 2 константы загружаютс пол ми по две константы,начина с констант

лицы. Дл каждой таблицы индекс А 000...0. Таким образом, в блок 2- пам ти (т 1...М-1).записываетс массив из 2 L-разр дных констант.

ледовательно. принимает все значени от 0 до 2 . При этом в устройстве

h

состо щий из подмассивов длиной 2 констант , начина с подмассива, состо щего из констант 000„.0.

25

одновременно используютс N разных таблиц T.J., кажда из которых загружаетс параллельно в L блоков пам ти таблиц (L - разр дность элементов изображени ),

Устройство работает под управлением некоторого внешнего устройства, например управл ющей мини-ЭВМ, вход щей в зо состав измерительно-вычислительного комплекса.

Работа устройства осуществл етс в двух режимах: режиме загрузки таблиц и режиме вычислени .

Загрузка таблиц выполн етс при каждом изменении дра свертки. Дл загрузки таблиц необходимо последовательно сформировать на адресных входах блоков А рп все возможные значени . индексов (адресов) таблиц, определенным образом упор доченные (например, по возрастанию), и дл каждого эначеh

35

сос то щий из подмассивов длиной 2 кон стант, начина с подмассива, состо щего из констант 000„.0.

Дл записи констант в блоки 2 4.. 2 w счетчик 1 сигналом на входе 17 устройства переводитс в режим счета по модулю, равному 2 . Предваритель на установка счетчика 1 в начальное состо ние не производитс , так как счетчик работает в циклическом режи ме.

Константы поступают из внешнего устройства в устройство через информационный вход 10. В каждом такте очередна константа записываетс в регистр 3 4 по переднему фронту синхроимпульса (СИ). Одновременно в ре гистры 3 Ј.. .3 записываютс констан ты, считываемые из блоков 2...2М пам ти (блоки 2.. , наход тс в режиме чтени , так как на входе управлени записью этих блоков сохрани

50

ни индекса (адреса) сформировать на

входах данных блоков 4gn соответству- етс сигнал 1). Затем блоки 2,...

ющие табличные значени в сопровожде- 2w.fпам ти переход т в режим записи

нии необходимых сигналов управлени

записью данных.

С целью формировани заданной последовательности адресов на адресных входах блоков 4еп (т.е. на шинах tig разр дных срезов) в блоки 2 .. . загружаютс из внешнего устройства специальные наборы констант 000...О и Н 1 ... 1. При этом блок 2 м, пам ти содержит старший М-й разр д всех 2 значений адресов, последовательно формируемых на шинах 11. Блок 2,г пам ти содержит (М-1)-и разр д всех зна ,55

с задержкой, длительность которых оп редел етс временем переключени эле мента НЕ 9, относительно переднего фронта СИ - и данные из регистров 3||...3w-} записываютс в блоки 2.. 2 м-1 т.е. выполн етс сдвиг (переда ча) констант относительно блоков 2j.. .2/u-t.

Содержимое счетчика I измен етс по заднему фронту СИ, так как задерж ка переключени счетчика больше за держки элемента НЕ 9, блоки 2 пам ти переход т в режим считывани раньше

чений адресов, а блок 2 - второй разр д всех значений адресов.

МИ

констант I11...1. В блок 2.

000...0. Таким образом, в блок 2- пам ти (т 1...М-1).записываетс массив из 2 L-разр дных констант.

0 000...0. Таким образом, в блок 2- пам ти (т 1...М-1).записываетс массив из 2 L-разр дных констант.

5

о

.

h

35

Дл записи констант в блоки 2 4... 2 w счетчик 1 сигналом на входе 17 устройства переводитс в режим счета по модулю, равному 2 . Предварительна установка счетчика 1 в начальное состо ние не производитс , так как счетчик работает в циклическом режиме .

Константы поступают из внешнего устройства в устройство через информационный вход 10. В каждом такте очередна константа записываетс в регистр 3 4 по переднему фронту синхроимпульса (СИ). Одновременно в регистры 3 Ј.. .3 записываютс константы , считываемые из блоков 2...2М пам ти (блоки 2.. , наход тс в режиме чтени , так как на входе управлени записью этих блоков сохрани0

2w.fпам ти переход т в режим записи

5

с задержкой, длительность которых определ етс временем переключени элемента НЕ 9, относительно переднего J фронта СИ - и данные из регистров 3||...3w-} записываютс в блоки 2... i 2 м-1 т.е. выполн етс сдвиг (передача ) констант относительно блоков 2j.. .2/u-t.

Содержимое счетчика I измен етс по заднему фронту СИ, так как задержка переключени счетчика больше задержки элемента НЕ 9, блоки 2 пам ти переход т в режим считывани раньше,

чем изменитс адрес на их адресных входах.

Цикл записи одного массива констант состоит из 2 тактов. В первом цикле на информационный вход I0 из внешнего устройства поступают константы , которые по окончании процесса ввода должны размещатьс в блоке 2W.(. После выполнени М-1 циклов ввода (и передачи между блоками 2) констант устройство готово к формированию последовательности адресов.

Формирование адресов блоков 4 и запись в блоки 4 табличных значений выполн ютс во врем М-го цикла работы счетчика 1. Одновременно со считыванием данных из первой по счету чейки всех блоков 2 пам ти и записью этих данных в регистры 3. ..Змв регистр 3, записываетс константа 000...О, поступающа из внешнего устройства на информационный вход 10. 1-е (1 1... L) разр дные срезы констант на выходах регистров Здц. ..3,) образуют L M- разр дных адресов (М-й разр д - старший ) дл L блоков разр дной свертки, каждый из которых содержит N блоков 4. Так как все разр ды каждой

0

реключаетс (сигналом на входе 17 устройства ) в режим счета по модулю I (где I - длина строки обрабатываемого изображени ), Затем начинаетс загрузка из внешнего устройства эпемен- тов изображени , формируемых с помощью построчной (телевизионной) развертки. Элементы изображени поступают на вход 10. В течение М-1 циклов по I тактов каждой в блоки 2.{ ...2,, пам ти ввод тс М-1 строк изображени , состо щих из I элементов.

С начала ввода элементов М-й стро5 ки в каждом такте на выходы регистров 3M...3j поступают М элементов очередного столбца локального фрагмента изображени . На шинах 11 разр дных - срезов Нормируютс L-разр дных срезов этого столбца, которые поступают на адресные входы соответствующих блоков 4, т.е. 1-й разр дный срез (1 1... L) столбца элементов изображени вл етс адресом всех блоков 4gM 1-го

5 блока разр дной свертки. Каждый блок разр дной свертки объедин ет блоки 4g- пам ти таблиц (п ....N), регистры Sgy, (n - 1...N) и сумматоры 7дь , k 2...N с одинаковыми индексами

0

константы одинаковы, одновременно 1(1 1«««L) и вл етс вычислительвсех блоков 4 формируютс одинаковые адреса.

В следующем такте одновременно со

ным конвейером дл вычислени свертки по одному (1-му) разр дному срезу.

М-

считыванием констант из блоков 2 2ц на вход 10 из внешнего устройства поступает константа 111 ... 1 и соответственно на шинах Н.... 11 формируютс адреса 00...01. Таким образом, в цикле формировани адресов на вход 10 устройства из внешнего устройства подаютс поочередно константы 000...О и 1 11 ... 1 , образующие младший разр д адресов блоков 4.

Дл каждого значени адресов выполн етс запись табличных значений во все блоки 4. При этом на входе 12 установлен активный уровень, а на входы 14{...I 4од загрузки таблиц поступают табличные значени . Запись каждого табличного значени выполн етс одно- временно в L блоков 4р(1 1...L, k const) под управлением сигнала записи на соответствующем входе 13}(.

После загрузки табличных значений по всем адресам блоков 4 устройство переводитс в режим вычислени свертки . При этом блоки 4 перевод тс в режим чтени с помощью соответствующего сигнала на входах 13, а счетчик 1 пе

Одновременно с разр дными срезами очередного столбца фрагмента изображени подаетс сигнал обращени к па- м ти на вход 12 устройства, по которому в каждой из N ступеней каждого .. из L блоков разр дной свертки выполн етс считывание из блоков 4 g« соответствующей адресу (т.е. разр дному срезу столбца фрагмента изображени ) суммы весовых коэффициентов

2 (...М

(фе

т

fo,i).

По переднему фронту синхроимпуль- са на входе 16 устройства в регистры 5gft записываютс значени промежуточных результатов:

,efr)

(M1

л. ek

b .j-fN+o/z+k)

где п

,N - номер ступени вычислительного конвейера блоков разр дной свертки, либо с выходов блоков 4g, (дл первых ступеней всех блоков разр дной свертки), либо с вывыход многовходового сумматора под ключен к выходу устройства, отл чающеес тем, что, с целью расширени области применени за с возможности применени дл обработ аэрокосмических изображений, в нег введены группа буферных блоков пам счетчик, элемент НЕ, L (N-l) блоко

ходов сумматоров 7g|, JQ пам ти таблиц матрицы, (N - число

k 2...N (дл остальных ступеней).

При этом значени промежуточных ре- S

зультатов

поступающие на вхо

i,J)

ды регистра 5 N-й ступени 1-го блока разр дной свертки, вл ютс накопленными в течение N тактов взвешенными суммами весовых коэффициентов дл 1-х разр дов элементов соответствующих N столбцов фрагмента изображени , т.е. вл ютс результатами свертки дл 1-го разр дного среза фрагмента изображени размером MyN с центром в элементе (i, j).

15

20

25

столбцов матрицы весовых коэффицие тов), матрица регистров, матрица с маторов , причем вход режима работы устройства подключен к входу управ ни коэффициентом пересчета счетчи выход которого подключен к адресны входам буферных блоков пам ти груп синхровход устройства подключен к синхровходу счетчика, синхровохода регистров данных группы, синхровхо регистров матрицы и через элемент к входам записи-чтени буферных бл ков пам ти группы, информационный вход устройства подключен к информ ционному входу первого регистра да ных группы, выход m-го регистра да ных группы подключен к информацион ному входу m-го буферного блока па ти группы, выход которого подключе

Значени промежуточных результатов с выходов N-x ступеней 1-х блоков разр дной свертки (т.е. с выходов соответствующих регистров 5) суммируют-30 к информационному входу (ш+1)-го ре35

с на многовходовом сумматоре 1 8 с учетом относительного сдвига результатов разр дной свертки по разр дной сетке:

t - е(0 е .

Дл сохранени высокого быстродействи устройства в многовходовом сумматоре 18 может быть реализован кон- до вейерный режим работы сумматора 8, при этом запись значений промежуточных результатов в регистры 6 выполн етс по переднему фронту синхроимпульса на входе 16 устройства. На выходе д5 15 устройства в каждом такте работы устройства формируетс результат свертки, который может быть восприн т внешним устройством также по переднему фрОНТу СИНХрОИМПуЛЬСа,JQ

Claims

Формула изобретени

гистра данных группы, (m 1...M-1, где М - число строк матрицы весовых коэффициентов), k-й разр д адресного входа ln-го блока пам ти таблиц матрицы подключен к выходу 1-го разр да k-ro регистра данных группы, (1 1.. L, k 1...М, п 1..,N), вход управлени обращением к пам ти устройства подключен к входам выборки блоков пам ти таблиц матрицы, n-й вход управлени записью устройства подключен к входам записи-чтени ln-х блоков пам ти таблиц матрицы, ti-й вход загрузки таблиц устройства подключен к информационным входам ln-х блоков пам ти таблиц матрицы, выход 1 I -го ... блока пам ти таблиц матрицы подключен к информационному входу 1 1-го регистра матрицы, выход lj-го сумматора матрицы подключен к информационному входу lj-го регистра матрицы, (j
2...N), выход (1, j-l)-ro регистра матрицы подключен к первому входу lj-го сумматора матрицы, второй вход которого подключен к выходу lj-го блока пам ти таблиц матрицы, выход Ш-го регистра матрицы подключен к 1-му входу многовходового сумматора.

Устройство цифровой двумерной свертки, содержащее L блоков пам ти таблиц матрицы (L - разр дность обрат батываемых данных), многовходовый сумматор , группу регистров данных, причем

выход многовходового сумматора подключен к выходу устройства, отличающеес тем, что, с целью расширени области применени за счет возможности применени дл обработки аэрокосмических изображений, в него введены группа буферных блоков пам ти, счетчик, элемент НЕ, L (N-l) блоков

пам ти таблиц матрицы, (N - число

столбцов матрицы весовых коэффициентов ), матрица регистров, матрица сумматоров , причем вход режима работы устройства подключен к входу управлени коэффициентом пересчета счетчика, выход которого подключен к адресным входам буферных блоков пам ти группы, , синхровход устройства подключен к . синхровходу счетчика, синхровоходам регистров данных группы, синхровходам регистров матрицы и через элемент НЕ к входам записи-чтени буферных блоков пам ти группы, информационный вход устройства подключен к информационному входу первого регистра данных группы, выход m-го регистра данных группы подключен к информационному входу m-го буферного блока пам ти группы, выход которого подключен

к информационному входу (ш+1)-го ре

гистра данных группы, (m 1...M-1, где М - число строк матрицы весовых коэффициентов), k-й разр д адресного входа ln-го блока пам ти таблиц матрицы подключен к выходу 1-го разр да k-ro регистра данных группы, (1 1... L, k 1...М, п 1..,N), вход управлени обращением к пам ти устройства подключен к входам выборки блоков пам ти таблиц матрицы, n-й вход управлени записью устройства подключен к входам записи-чтени ln-х блоков пам ти таблиц матрицы, ti-й вход загрузки таблиц устройства подключен к информационным входам ln-х блоков пам ти таблиц матрицы, выход 1 I -го ... блока пам ти таблиц матрицы подключен к информационному входу 1 1-го регистра матрицы, выход lj-го сумматора матрицы подключен к информационному входу lj-го регистра матрицы, (j 2...N), выход (1, j-l)-ro регистра матрицы подключен к первому входу lj-го сумматора матрицы, второй вход которого подключен к выходу lj-го блока пам ти таблиц матрицы, выход Ш-го регистра матрицы подключен к 1-му входу многовходового сумматора.

V

им

7,2