Медианный фильтр

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет введения операции медианной фильтрации с ограничением уровня и обработки массивов данных, представленных числами в формате с фиксированной запятой в полном диапазоне. Устройство содержит элемент 1 задержки, одновибратор 2, счетчик 3, одновибратор 4, счетчик 5, регистр 6, элемент НЕ 7, счетчики 8 и 9, блоки 10 и 11 памяти, регистр 12, элемент 2И-ИЛИ 13, дешифратор 14, триггер 15, сумматоры 16 и 17, блок элементов И 18, генератор 19 тактовых импульсов, элемент И 20, элемент ИЛИ 21, блок 22 памяти, регистр 23, элемент ИЛИ 24, коммутатор 25, элемент ИЛИ 26, формирователь 27 импульсов, элемент И 28, коммутатор 29, элемент ИЛИ 30, регистр 31, формирователь 32 кодов, сумматор 33, коммутатор 34, вход 35 выбора типа операции устройства, вход 36 "Пуск" устройства, вход 37 начальной установки устройства, вход 38 выбора режима устройства, выход 39 импульсов сопровождения устройства, выход 40 результата устройства, выход 41 конца работы устройства, вход 42 управления устройства, вход 43 задания уровня устройства. Устройство решает следующие задачи: нахождение экстремальных чисел в двумерном массиве положительных чисел

медианная фильтрация без ограничения уровня данных, представленных двумерными массивами положительных чисел

медианная фильтрация с ограничением и без ограничения уровня данных, представленных числами в формате с фиксированной запятой в полном диапазоне. 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

09) (11) (SS)S С 06 Р 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ е "1 F I". P f q Pj ! 3 3 ! с !

1-0СУДАРСТ ЕНН1 )Й HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4417523/24-24 (22) 25.01.88 (46) 07.05.90. Вюл. - 17 (72) А.В.Василькевич и В.М.Крищишин (53) 681 .325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1)! 911509) кл. С Об F 7/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР

В 1322314, кл. G 06 Р 15/36, 1985. (54) ИЕДИАННЫЙ ФИЛЪТР (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь2 зовано в системах цифровой обработки сигналов. Цель изобретения — расширение Функциональных возможностей за счет введения операции медианной

Фильтрации с ограничением уровня и обработки массивов данных, представлен.ных числами в Формате с фиксированной запятой в полном диапазоне. Устройство содержит элемент 1 задержки, одновибратор 2, счетчик 3, одновибратор 4, счетчик 5, регистр 6, элемент . НЕ 7, счетчики 8 и 9, блоки 10 и 11

1562902 памяти, регистр 1 2, элемент 2И-ИЛИ 13, дешиФратор 14, триггер 15, сумматоры

16 и 17, группу элементов И 18, генератор 19 тактовых импульсов эле9 5 мент И 20, элемент ИЛИ 21, блок 22 памяти, регистр 23, элемент ИЛИ 24, коммутатор 25, элемент ИЛИ 26, Формирователь 27 импульсов, элемент И 28, коммутатор 29, элемент ИЛИ 30, ре- 10

:гистр 31, Формирователь 32 кодов, сум,матор 33, коммутатор 34, вход 35 вы бора типа операции устройства, вход

36 Пуск" устройства, вход 37 начальной установки устройства, вход 38 вы" 15 бора режима устройства, выход 39 импульсов сопровождения устройства, вы4 ход 40 результата устройства, выход

41 конца работы устройства, вход 42 управления устройства, вход 43 задания уровня устройства. Устройство решает следующие задачи: нахождение экстремальных чисел в двумерном массиве положительных чисел, медианная фильтрация без ограничения уровня данных, представленных двумерными массивами положительных чисел, медианная фильтрация с ограничением и без ограничения уровня данных, представленных числами в формате с фиксированной запятой в полном диапазоне.

2 ил.„ 1 табл.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов, в частности, при обработке изображений, представленных двумерными массивами данных, 30

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей медианного Фильтра за счет введения операции медианной Фильтрации с ограничением уровня и обработки массивов данных, представленных числами в

Формате с фиксированной запятой в полном диапазоне..

На Фиг. 1 представлена функциональная схема медианного фильтра, на фиг. 2 — временная диаграмма его ра40 боты.

Медианный фильтр содержит элемент

1 задержки, одновибратор 2, счетчик

3, одновибратор 4, счетчик 5, регистр 45

6, элемент НЕ 7, счетчики 8 и 9, бло" ки 10 и 11 памяти, регистр 12, элемент 2И-ИЛИ 13, дешифратор 14, триггер 15, сумматоры 16 и 17, группу элементов И 1 8, генератор 19 тактовых импульсов, элемент И 20, элемент ИЛИ

2l, блок 22 памяти, регистр 23, элемент ИЛИ 24, коммутатор 25, элемент

ИЛИ 26, формирователь 27 импульсов, элемент И 28, коммутатор 29, элемент

ИЛИ 30, регистр 31, Формирователь 32 кодов, сумматор 33, коммутатор 34, вход 35 выбора типа операции медианного Фильтра, вход 36 "Пуск медианного фильтра, вход 37 начальной установки медианного фильтра, вход 38 выбо; ра режима медианного фильтра, выход

39 импульсов сопровождения медианного Фильтра, выход 40 результата медианного фильтра, выход 41 конца работымедианного фильтра, вход 42 управления медианного фильтра, вход 43 задания уровня медианного Фильтра.

Медианный фильтр предназначен для нахождения максимальных (минималь-! ,ных) чисел в массиве и выголнения операции медианной Фильтрации (в том числе с ограничением уровня) над двумерным. массивом данных, представленных числами в формате с фиксированной запятой, размера N =- Г С, где Г— число сторон С вЂ” число столбцов, Г = 2, С = 2 (i j — целые положительные числа). Апертура Фильтра может быть произвольной. Число точек, входящих в апертуру, равно К (К— нечетное) Счетчик 5 является счетчиком с пересчетом К, счетчик 3 — с пересчетом

К+1/2, счетчики 8 и 9 — двоичные счетчики разрядности i u j соответственно. Разрядность блоков 10 и 11 памяти определяется числом К и формой апертуры. Разрядность блока 22 памяти, коммутатора 29, регистров 6, 31, формирователя 32 кодов и сумматора

33 определяется разрядностью обрабатываемых данных. Разрядность регистра

12 равна разрядности счетчика 5. КоКедианный Фильтр работает следующим об разом.

Пусть по входу 35 выбора типа операции задана операция медианной Фильтрации(фиг.2а), по входу 38 выбора режима — операция поиска максимального числа (фиг.2б). Перед началом работы устройства единичным импульсом по входу 42 управления (фиг.2в) с входа 43 задания уровня в регистр 6 заносится значение уровня ограничения.

Далее единичным импульсом по входу 37 начальной установки производится сброс счетчиков 3, 5, 8 и 9 и регистра 12 ° Тот же сигнал проходит через элемент ИЛИ 24 и сбрасывает регистр

23 (фиг.2г). Сигнал начальной установки с выхода элемента ИЛИ 26 (фиг.2д) через элемент ИЛИ 21 подключает выходы коммутатора 29 к входам и, соответственно, к выходам регистра 6, а через формирователь импульсов 27 и элемент ИЛИ 30 заносится значение уровня ограничения в регистр 31 (Фиг.2е). Счетчики 8 и 9 задают адрес нулевой центральной точки, счетчик 5 — адрес смещений для нулевой точки апертуры относительно центральной точки. При помощи, сумматоров 16 и 17 формируется абсолютный адрес обрабатываемой точки в исходном массиве, хранящемся в блоке

22 памяти, и происходит выборка соответствукщего числа. Если абсолютный адрес обрабатываемой точки выходит за пределы массива по любой из координат, то в знаковых разрядах сумматоров 16 и 17, появляется хотя бы одна "1 " и, соответственно, на выход коммутатора 29 поступает значение уровня ограничения из регистра 6. При корректном абсолютном адресе на выход коммутатора 29 поступает значение кода числа, соответствующее обрабатываемой точке апертуры.

Числа, хранящиеся в блоке 22 памяти и регистре 6, представлены в формате с фиксированной запятой с представлением знака двумя разрядами ° Далее происходит определение большего из двух чисел: числа в регистре 31 (А) и числа на выходе коммутатора 29 (В), Тогда значения старшего знакового разряда сумматора 33 позволяют однозначно определить больп1ее из них (таблица) .

5 1562902 личество выходов дешифратора 14, элементов И в группе элементов И 18, разрядность регистра 23 и число вхо дов коммутатора 25 равно К.

Сигнал логической "1" на входе 35 выбора типа операции задает опЕрацию нахождения максимального (минимального) числа в массиве, сигнал логического "0" — операцию медианной фильт- lð рации. Единичный потенциал на входе

36 "Пуск" разрешает устройству начать работу. Единичный импульс на входе 37 начальной установки приводит в исходное состояние внутренние регист- 15 ,ры и счетчики устройства, Сигнал логической ™1" на входе 38 выбора режима задает операцию поиска максималь ного числа, а сигнал логического "0"операцию поиска минимального числа.

Единичный импульс на выходе 39 импульсов сопровождения указывает на то, что информация на выходе 40 ре -: зультата подготовлена к выдаче, си1— нал логической "1" на выходе 41 конца работы — на окончание операции в устройстве. Единичный импульс на входе 42 управления заносит в регистр 6 с входа 43 уровня ограничения значение уровня ограничения. 30

Исходный массив хранится в блоке, 22 памяти. Счетчик 5 служит для пе- ребора всех точек К апертуры, счет чик 3 — для определения медианы в ряду экстремумов . Счетчики 8 и 9 хранят адрес текущего значения центральной точки апертуры в исходном массиве по строкам и столбцам соответственно. Блоки 1О и 11 памяти содержат смещения текущей точки апертуры отно- 40 сительно центральной .точки по строкам и столбцам соответственно. В блоках 1 0 и 11 памяти хранятся числа в дополнительном коде с представлением знака двумя разрядами. Суммируя при 45 помощи сумматоров 16 и 17 значение адреса текущей центральной точки со смещениями, хранящимися в блоках 1 0 и )1 памяти, получают абсолютные адреса точек, входящих в апертуру. Ес- 50 ли же текущая точка апертуры выходит за пределы массива, то хотя бы в одном знаковом разряде сумматоров 16 и

l7.появляется ",1 ", что вызывает подключение выходов дешифратора 29 к 55 вторым входам и,соответственно, к выходам регистра 6. Таким образом, несуществующим точкам присваивается значение уровня ограничения.

1562902

Случай А В определяется единицей в старшем знаковом разряде сумматора

33. Коммутатор 34 пропускает на выход прямое значение старшего знако5 вого разряда сумматора 33 (поиск максимума) . По сигналу "Пуск" на входе 36 (фиг,2ж) сигналы с генератора 19 тактовых импульсов „, (фиг.2з) посту- 10

Лают на выход элемента И 20 (Фиг.2и)

Если число на выходе коммутатора 29 больше числа в регистре 31, то передним фронтом первого тактового импуль- са при помощи элементов И 28 и ИЛИ 30 оно переписывается в регистр 31 (фиг.2е) ..В противном случае в регистре 3.1 остается прежнее значение„, I

Передним фронтом первого тактового импульса значение порядкового номера большего .числа из счетчика 5 перепи- . сывается в регистр 12. Далее к содержимому счетчика 5 прибавляется единица и происходят выборка и обработка следующей точки апертуры. Перед- 25 ним фронтом К-го тактового импульса в регистр 31 заносится очередное чис" ло (при условии А "сВ, т.е. последней точке апертуры соответствует наибольшее число, фиг.2е), а в регистр 1 2 соответствующее значение горядкового недомера. Таким образом, в регистре 31 oаходится максимальное число среди чисел, входящих в апертуру (но не меньше уровня ограничения), а в регистре 1 2 — значение соответствующе35 го порядкового номера ° Счетчик 5 сбрасывается в нуль, а на его выходе переноса появляется сигнал переноса.

Одновибратор 4 Формирует из него zo- „О роткий импульс (фиг.2к). K содержимому счетчика 3 прибавляетая единица.

При помощи элементов И группы,элементов И 18 в соответствующий разряд регистра 23 заносится "1 ", а через элемент 1 задержки по пути начальной установки происходит начальная установка регистра 31 (Фиг.2д,е). Далее происходит повторный просмотр апертуры, но максимальное число уже не участвует. Если значение счетчика 5 соответствует порядковому номеру максимального числа, коммутатор 25 переключается на выход соответствующего разряда регистра 23 и значение "1 " через элемент ИЛИ 21 подключает выход коммутатора к регистру 6, т.е. вместо максимального числа на выход коммутатора 29 поступает значение уровня ограничения. Таким образом, при втором просмотре апертуры определяется второе по величине число из числа точек, входящих в апертуру. Медиана является К+1 /2 наибольшим числом. По приходу(К+1! 2) ° К тактового импульса в ре г истре 31 хра нитс я знач ение медианы. На выходах переноса счетчиков 3 и 5 появляется сигнал переноса.

Одновибратор 2 преобразует сигнал переноса счетчика 3 в короткий импульс (фиг.2л) который поступает на выход 39 импульсов сопровождения, разрешая считать первое значение медианы с выхода 40.результата . Тот же импульс через элемент ИЛИ 24 сбрасывает регистр 23 (фиг.2r), а поступая на счетный вход счетчика 9, вызывает сдвиг центральной тачки апертуры, Сигнал переноса с выхода счетчика 5 через одновибратор 2 (фиг.2к1, элемент 1 задержки, элемент ИЛИ 2б. (фиг.2д), формирс ватель 27 импульсов, элемент ИЛИ 30 (фиг.2е) производит начальную установку. регистра

31 . Запись в регистре 23 не производится, так как сигнал сброса (Фиг,2л) имеет большую длительность, чем сигнал записи (Фиг.2к), Таким образом, обрабатываются все точки исходного массива. После обработки последней точки возникает сигнал переноса на выходе счетчика 8, через элемент 2И-ИЛИ 13 поступает на выход

35 конца работы (фиг.2м), одновременно сбрасывая триггер 15, и прекращает подачу синхроимпульсов в устройство (фиг .2и) .

При выполнении операции нахождения экстремума апертура равна pasMepy массива и экстремум находится за один проход счетчика 5. Сигнал переноса с выхода счетчика 5 через одновибратор 4 и элемент 2И-ИЛИ 13 поступает на выход 41 гонца работы.и, сбрасывая триггер f5 прекращает подачу тактовых импульсов в устройство. формула изобретения

Медианный фильтр, содержащий генератор тактовых импульсов, триггер, три блока памяти, три регистра, четыре счетчика, дешифратор, два коммутатора, два сумматора, группу элементов И, элемент НЕ, элемент 2И-ИЛИ, элемент задержки, два оцновибратора, два элемента И, три элемента ИЛИ, 1562902

10 причем выходы первого коммутатора соединены с информационными входами первого регистра, выходы которого являются выходами результата медиан5 ного фильтра, выходы разрядов первого счетчика соединены с адресными входами первого и второго блоков памяти, информационными входами второго регистра и управляющими входами вто- 10 рого коммутатора, выход переноса первого счетчика соединен через первый одновибратор с первым входом первого элемента И элемента 2И-ИЛИ, входом элемента задержки, первыми входами элементов И группы, выход переноса второго счетчика соединен через второй одновибратор с первым входом первого элемента ИЛИ, выходом импульсов сопровождения медианного фильтра и 20 счетным входом третьего счетчика, выходы разрядов которого соединены с первой группой входов первого сумматора, вторая группа входов которого соединена с выходами первого блока 5 памяти, а выходы разрядов соединены с входами младших разрядон адреса третьего блока памяти, входы старших разрядов адреса которого соединены с выходами разрядов второго сумматора, первая .группа входов которого соединена с выходами разрядов четвертого счетчика, а вторая группа входов сое-. динена с выходом второго блока памяти, выходы первого и второго знаковых

35 разрядов первого и второго сумматоров соединены соответственно с первым,:вторым, третьим и четвертым входами второго элемента ИЛИ, пятый вход которого соединен с выходом второго коммутатора, выход второго элемента

ИЛИ соединен с управляющим входом первого коммутатора, первая группа входов которого соединена с выходами третьего блока памяти Вход началь» 45 ной установки медианного Фильтра соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, вторым входом первого элемента ИЛИ, входами сброса второго регистра и всех счетчиков, второй вход

50 третьего элемента ИЛИ соединен с выходом элемента задержки, выход переноса третьего счетчика соединен с счетным входом четвертого счетчика, выход переноса которого соединен с первым входом второго элемента И элемента

2И-ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ, вход которого соединен с вторым входом первого элемента И элемента 2И-ИЛИ и является входом выбора типа операции медианного Фильтра, выход элемента 2И-ИЛИ является выходом конца работы медианного фильтра и соединен с входом сброса триггера, информационный вход которого соединен с входом Т уск" медианного фильтра, а синхровход соединен с ныходом генератора тактовых импульсов, и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход соединен с первым входом второго элемента И и с счетным входом первого счетчика, выход второго элемента И соединен с синхровходом второго регистра, выходы разрядов которого соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с вторыми входами соответстнующих элементов И группы, выходы которых соединены с соотнетствующими информационными входами третьего регистра, вход сброса которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выходы разрядов соединены с соответствующими входами коммутатора, отличающийся тем„ что, с целью расширения функциональ- ных возможностей медианного фильтра за счет введения операции медианной фильтрации с ограничением уровня и обработки массивов данных, представ- ленных числами с фиксироваййой запя-", 1 той в полном диапазоне, в него допол ни тель но вв едены фо рмирова тель кодов третий сумматор, четвертый регистр, третий коммутатор, Формирователь импульсон, четвертый элемент ИЛИ, причем вход задания уровня медианного фильтра соединен с входами четвертого регистра, синхровход которого является входом управления медианного

Фильтра, а выходы разрядов соединены с второй группой входов первого коммутатора, выходы которого соединены через формирователь кодов с первой группой входов третьего сумматора, вторая группа входов которого соединена с выходами разрядов первого регистра, прямой и инверсный выходы старшего знакового разряда третьего сумматора соединены соответственно с перным и вторым входами третьего коммутатора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен с синхровходом перll 1562902 12 ного регистра, второй вход четверто- третьего коммутатора является входом го элемента ИЛИ соединен через форми- выбора режима. медианного фильтра, рова тель импульсов с выходом третьего вход переноса третьего сумматора соеэлемента ИЛИ и с шестым входом второ- динен с входом логической единицы уст5 го элемента ИЛИ, управляющий вход . ройс тва .

Примечания

А О, В О, переполнение А 0; В 0

А В нет А В переполнение

В О, О

В 60;

В 0; переполнение

Фиг.2

Составитель В . Козлов

ТехредЛ.Сердюкова Корректор Л.Патай

Редактор H. Шулла

Тираж 559

Подписное

Заказ 1 065

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

Старший знаковый разряд сумма тора

Младший знаковый разряд сумматора

АвО, А В, Ьъ:О, А:.в В

А О, А В

А - О, А в

В О„ А О, В= 0; переполнение А «О, В 0

А в нет А"-В