Двумерный цифровой фильтр

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ф(i. 1 ъ . У «»

)13 .,"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4058682/24-09 (22) 21 ° 04. 86 (46) 30.06,87. Бюл. Р 24 (71) Физико-механический институт им.Г.В.Карпенко (72) А.Е.Батюк, В.В.Грицык, А.P).Ëóцык и P.Ì.Ïàëåíè÷êà (53) 621.372.512.54 (088 ° 8) (56) Патент СИА 1"- 4328426, кл. Н 01 Х 40/14, 1982. (54) ДВУМЕРНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР .(57) Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает повьппение

Л0„„1320876 А1 (59 4 Н 03 H 17/00, Н 04 N 5/14 точности фильтрации. Устр-во содержит аналогового видеосигнала датчик

1, АЦП 2, и-1 эл-тов задержки 3 на отсчет, блоки 4 и 12 формирования выборочной медианы, группы иэ и умножителей 5 и 13, сумматоры 6 и 14, блоки 7 и 15 памяти коэф., блоки 8 и 16 оценки дисперсии, коммутаторы

9 и 17, блок 10 памяти порога, г-р

18 тактовых импульсов. Блоки 8 и 16 содержат два блока усреднения, два квадратора, блок вычитания, блок сравнения, триггер. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1 1320876

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов изображения.

Цель изобретения — повышение точности фильтрации.

На фиг.l представлена электрическая структурная схема двумерного цифрового фильтра; на фиг ° 2 — то же, блока вычисления дисперсии; на фиг.3 --10 то же, блока усреднения; на фиг.4— то же, блока формирования выборочной медианы; на фиг.5 — то же, компараторного модуля.

Двумерный цифровой фильтр (фиг.1) содержит аналогового видеосигнала датчика 1, аналого-цифровой преобразователь 2, и-1 элементов задержки

3-1-3-п-1 на отсчет, первый блок 4 формирования выборочной медианы, пер- 20 вую группу из и умножителей 5-1-5-п, первый сумматор 6, первый блок 7 памяти коэффициентов, первый блок 8 оценки дисперсии, первый коммутатор

9, блок 10 памяти порога, и-1 элемен25 тов задержки 11-1-1 I-n-1 на строку, второй блок 12 формирования выборочной медианы, вторую группу из и умножителей 13-1-13-и второй сумматор 14, второй блок 15 памяти коэффициентов, второй блок 16 оценки дисперсии, второй коммутатор 17, генератор 18 тактовых импульсов.

Первый и второй блоки 8 и 16 оценки дисперсии (фиг.2) содержат первый 35 и второй блоки 19-1, 19-2 усреднения, I первый и второй квадраты 20-1-20-2, блок 21 вычитания, блок 22 сравнения, триггер 23.

Первый и второй блоки 19-1, 19-2 усреднения (фиг.3) содержат элемент задержки 24, вычитатель 25,накапливающий сумматор 26, делитель 27.

Первый и второй блоки 4 и 12 формирования выборочной медианы (фиг.4) содержат п блоков 28-1-28-п перестановки чисел, каждый из которых состоит из (и-1)/2 компараторных модулей 29-1-29-(и-l)/2 и элемента задержки 30, Компараторный модуль (фиг.5) содержит блок 31 сравнения. первый и второй коммутаторы 32-1, 32-2.

Двумерный цифровой фильтр работает следующим образом.

Двумерный цифровой фильтр осуществляет адаптивную фильтрацию аналогового, например, телевизионного видеосигнала в реальном масштабе времени с целью уменьшения в нем уровня слу-, чайного шума. Значение результата фильтрации строк или столбцов матри-, цы дискретного иэображения для каждого отсчета вычисляется в зависимости от локальных свойств видеосигнала. Для этого для каждого отсчета изображения вычисляется дисперсия изображения по его и последовательным отсчетам (строки, а затем столбца) и сравнивается с заданным постоянным порогом, который предварительно записывается в блок 10 памяти порога. Если значение дисперсии превышает порог, то выполняется медианная фильтрация, которая вместе с удалеF нием шума сохраняет резкие перепады яркости. Медианная фильтрация также хорошо удаляет импульсные помехи.

Если дисперсия меньше заданного порога, то выполняется линейная фильтрация видеосигнала в цифровой форме.

Коэффициенты импульсной характеристики линейного фильтра предварительно записываются в первый и второй блоки

7 и 15 памяти коэффициентов.

Если в блок 10 памяти порога пред-, варительно записать пороговое значение, равное нулю, то дисперсия будет всегда превышать это пороговое значение и предлагаемый двумерный цифровой фильтр будет осуществлять раздельную (сначала по строкам, а затем по столбцам) медианную фильтрацию изображения. Если в блок 10 памяти поро; га записать максимально допустимое число, то дисперсия для всех отсчетов изображения. всегда будет меньше этого порогового значения и будет осуществляться раздельная линейная фильтрация изображения независимо от

его локальных свойств.

От датчика 1 изображение в процессе его строчной развертки поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 2, который преобразует входной видеосигнал в цифровую форму.

С информационного выхода АЦП 2 и с выходов и-1 элементов задержки 3-1—

3-п-1 на отсчет и последовательных отчетов строки изображения параллельно поступают на соответствующие входы первого блока 4 формирования выборной медианы и на первые входы соответствующих умножителей 5-1-5-и первой группы. В первом блоке 4 формирования выборочной медианы осу1. Двумерный цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные датчик аналогового видеосигнала, аналого-цифровой преобразователь и и-1 последовательно соединенных элементов задержки на отсчет, первый блок памяти коэффициентов и первую группу из и умножителей, первые входы которых соединены с соответствувщими выходами первого блока памяти коэффициентов, а вторые входы объединены с входами одноименных элементов задержки на отсчет, п-1 последовательно соединенных элементов задержки на строку, второй блок памяти коэффициентов и вторую группу из и умножителей, первые входы которых соединены с соответствующими выходами второго блока памяти коэффициентов, а вторые входы объединены с входами одноименных элементов задержки на строку, а также первый и второй сумматоры, входы которых соединены соответственно с выходами первой и второй группы из п умножителей, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности фильтрации, введены последовательно соединенные первый блок формирования выборочной медианы, входы которого соединены с входами элементов задержки на отсчет, и первый коммутатор, второй сигнальный вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные второй блок формирования выборочной медианы, входы которого соединены с входами

3 13208 ществляется параллельно-конвейерная обменная сортировка последовательности и отсчетов строки. Посредством первого блока 8 оценки дисперсии в каждом такте работы устройства вычисляется дисперсия по и отсчетам в пределах строки иэображения. В качестве оценки дисперсии принимается величина л и

d — -c х k -i+1 - — Z xk-i+1) к nn;„ п

Операции возведения в квадрат реализуются первым и вторым квадраторами 20-1, 20-2 таблично с использованием ПЗУ. Для вычисления среднего значения по и отсчетам в пределах строки используется первый блок 19-1 усреднения, а для вычисления среднего значения квадратов и отсчетов в пределах строки применяется второй блок 19-2 усреднения. Тогда в каждом такте работы фильтра на выходе блока

21 вычитания формируется оценка дисперсии d . В первом и втором блоках к усреднения 19-1, 19-2 среднее значение вычисляется, рекурсивно,напри— мер, в первом .блоке 19-! усреднения

Хк вычисляется на основе следующего соотношения: х,= x„„+ -(x„- X„„)

30 где Хк — отсчет строки изображения на его входе; Х „ — отсчет на выходе элемента задержки 24, который осуществляет задержку на и отсчетов.

Операция деления на и реализуется в делителе 27. В блоке 22 сравнения осуществляется сравнение оценки дисперсии с пороговым значением, хранящимся в блоке 10 памяти. Если 40 дисперсия для текущего отсчета сигнала превышает пороговое значение, то триггер 23 устанавливается в единичное состояние, В этом случае реализуется одномерная медианиая фильт- 45 рация строк входного изображения.

В противном случае осуществляется линейная фильтрация строк входного изображения.

С выхода первого коммутатора 9 отсчеты результата строчной адаптивной фильтрации изображения поступают на вход первого элемента задержки

11-1 на строку и второй блок 16 формирования выборочной медианы. Второй 55 блок 16 вырабатывает управляющий сигнал в зависимости от локальных свойств столбцов матрицы отсчетов иэображения. В первом и втором бло76 4 ках усреднения второго блока 16 оценки дисперсии используется элемент задержки 24, осуществляющий задержку на Il строк изображения. Посредством второго блока 12 формирования выборочной медианы, и умножителей 13-113-и второй группы, второго сумматора 14, второго блока 16 оценки дисперсии и второго коммутатора 17 осуществляется адаптивная фильтрация столбцов матрицы отсчетов изображения на выходе первого коммутатора 9, которая аналогична описанной адаптивной строчной фильтрации. Таким образом, в каждом такте работы двумерного цифрового фильтра на выходе второго коммутатора 17 формируется очередной отсчет результата двумерной цифровой фильтрации входного иэображения.

Формула изобретения!

320876

8ход

Щиг. Ю элементов задержки на строку, и второй коммутатор, второй сигнальный вход которого соединен с выходом второго сумматора, а также блок памяти порога и первый и второй блоки оцен- 5 ки дисперсии, первые входы которых объединены и соединены с выходом блока памяти порога, вторые выходы соединенй соответственно с выходом аналого-цифрового преобразователя и первого коммутатора, а выходы соединены с управляющими входами соответственно первого и второго коммутаторов.

2 ° Фильтр по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что первый и второй блоки оценки дисперсии выполнены в виде последовательно соединенных первого квадратора, первого блока усреднения, блока вычитания, блока сравнения, другой вход которого является первым входом блока оценки дисперсии, и триггера, выход которого является выходом блока оценки дисперсии, а также последовательно соединенных второго блока усреднения, вход которого объединен с входом первого квадратора и является вторым входом блока оценки дисперсии, и второго квадратора, выход которого соеди нен с другим входом блока ° вычитания.

1320876

&од си®9пСюяр

Составитель Э.Борисов

Техред А. Кравчук

Корректор В.Бутяга

Редактор Н.Горват

Заказ 2666/55

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4, Тираж 901 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ф 3