Двумерный цифровой фильтр Советский патент 1987 года по МПК H03H17/00 H04N5/14 

1

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

Цель изобретения - повышение точности фильтрации.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема двумерного цифрового фильтра; на фиг.2 - то же, блока вычисления дисперсии; на фиг.З то же, блока усреднения; на фиг.4 - то не, блока формирования выборочной медианы; на фиг.З - то же, компара- торного модуля.

Двумерный цифровой фильтр (фиг,1) содержит аналогового видеосигнала датчика I, аналого-цифровой преобразователь 2, п-1 элементов задержки 3-1-3-П-1 на отсчет, первый блок 4

1320876

.10

5

сигнала в реальном масштабе времени с целью уменьшения в нем уровня слу-. чайного шума. Значение результата фильтрации строк или столбцов матри- . цы дискретного изображения для каждого отсчета вычисляется в зависимости от г окальных свойств видеосигнала. Для этого для каждого отсчета изображения вычисляется дисперсия изображения по его п 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 удалением шума сохраняет резкие перепады яркости. Медианная фильтрация также

формирования выборочной медианы, пер- хорошо удаляет импульсные помехи, вую группу из п умножителей 5-1-5-п, Если дисперсия меньше заданного поропервый сумматор 6, первый блок 7 памяти коэффициентов, первый блок 8 оценки дисперсии, первый коммутатор 9, блок 10 памяти порога, п-1 элементов задержки 1 1-1-П-п-1 на строку, второй блок 12 формирования выборочной медианы, вторую группу из п умножителей 13-1-13-п, 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 И второй блоки 19-1, 19-2 усреднения, первый и второй квадраты 20-1-20-2, блок 21 вычитания, блок 22 сравне- ния, триггер 23.

Первый и второй блоки 19-1, 19-2 усреднения (фиг.З) 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 (п-1)/2 компараторных модулей 29-1-29-(п-1)/2 и элемента задержки 30,

Компараторный модуль (фиг.5) содержит блок 31 сравнения, первый и второй коммутаторы 32-1, 32-2.

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

50 С информационного выхода АЦП 2 и с выходов п-1 элементов задержки 3-1- З-п-1 на отсчет п последовательных отчетов строки изображения параллельно поступают на соответствующие вхоДвумерный цифровой фильтр работа- 55 первого блока 4 формирования выборной медианы и на первые входы соответствующих умножителей 5-1-5-п первой группы; В первом блоке 4 формирования выборочной медианы осует следующим образом.

Двумерный цифровой фильтр осуществляет адаптивную фильтрацию аналогового, например, телевизионного видео1320876

0

5

сигнала в реальном масштабе времени с целью уменьшения в нем уровня слу-. чайного шума. Значение результата фильтрации строк или столбцов матри- . цы дискретного изображения для каждого отсчета вычисляется в зависимости от г окальных свойств видеосигнала. Для этого для каждого отсчета изображения вычисляется дисперсия изображения по его п 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 удалением шума сохраняет резкие перепады яркости. Медианная фильтрация также

5

0

га, 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 превьш1ать это пороговое значение и предлагаемый двумерный цифровой фильтр будет осуществлять раздельную (сначала по строкам, а затем по 5 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.

0

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 п-1 элементов задержки 3-1- З-п-1 на отсчет п последовательных отчетов строки изображения параллельществляется параллельно-конвейерная обменная сортировка последовательности п отсчетов строки. Посредством первого блока 8 оценки дисперсии в каждом такте работы устройства вычисляется дисперсия по п отсчетам в пределах строки изображения, В качестве оценки дисперсии принимается величина

d j i ix4-ui -fi-ixk-i :if

. in ,-. J In u, J Операции возведения в квадрат реализуются первым и вторым квадраторами 20-1, 20-2 таблично с использованием ПЗУ, Для вычисления среднего значения по п отсчетам в пределах строки используется первый блок 19-1 усреднения, а для вычисления среднего значения квадратов п 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 усреднения 19-1, 19-2 среднее значение вычисляется, рекурсивно,напри - мер, в первом .блоке 19-1 усреднения Х| вычисляется на основе следующего соотношения:

к

где Х - отсчет строки изображения на его входе; X ц., - отсчет на выходе элемента задержки 24, который осуществляет задержку на п отсчетов. Операция деления на п реализуется в делителе 27, В блоке 22 сравнения осуществляется сравнение оценки дисперсии с пороговым значением, хранящимся в блоке 10 памяти. Если дисперсия для текущего отсчета сигнала превышает пороговое значение, то триггер 23 устанавливается в единичное состояние, В этом случае реаЛь - Ль

г(х.-х,..

),

лизуется одномерная медианная фильт- 5 первьй и второй сумматоры, входы которых

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 фор50

соединены соответственно с выходами первой и второй группы из п умножителей,о т- личающий ся тем, что, с целью повыщения точности фильтрации, введены последовательно соединенные первый блок формирования выборочной медианы, входы которого соединены с входами элементов задержки на отсчет, и первый коммутатор, второй

мирования выборочной медианы. Второй 55сигнальный вход которого соединен с

блок 16 вырабатывает управляющийвыходом первого сумматора, последосигнал в зависимости от локальныхвательно соединенные второй блок

свойств столбцов матрицы отсчетовформирования выборочной медианы,

изображения, В первом и втором бло-входы которого соединены с входами

4

ках усреднения второго блока 16 оценки дисперсии используетсяэлемент задержки 24, осуществляющий задержку на п строк изображения. Посредством второго блока 12 формирования выборочной медианы, п умножителей 13-1- 13-п второй группы, второго сумматора 14, второго блока 16 оценки дисперсии и второго коммутатора 17

g осуществляется адаптивная фильтрация столбцов матрицы отсчетов изображения на выходе первого коммутатора 9, которая аналогична описанной адаптивной строчной фильтрации. Таким обра5 зом, в каждом такте работы двумерного цифрового фильтра на выходе второго коммутатора 17 формируется очередной отсчет результата двумерной цифровой фильтрации входного изображения ,

0

5

0

5

0

Ф о рмула изобретения

1, Двумерный цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные датчик аналогового видеосигнала, аналого-цифровой преобразователь и п-1 последовательно соединенных элементов задержки на отсчет, первый блок памяти коэффициентов и первую группу из п умножителей, первые входы которых соединены с соответствующими 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 п 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

0

соединены соответственно с выходами первой и второй группы из п умножителей,о т- личающий ся тем, что, с целью повыщения точности фильтрации, введены последовательно соединенные первый блок формирования выборочной медианы, входы которого соединены с входами элементов задержки на отсчет, и первый коммутатор, второй

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 оценки дисперсии, первые входы которых объединены и соединены с выходом блока памяти порога, вторые выходы сое- динень соответственно с выходом аналого-цифрового преобразователя и первогокоммутатора, а выходы соеди- .йены с управляющими входами соответственно первого и второго коммутаторов.

2. Фильтр по п.1, отличающий с я тем, что первый и второй

фие. 2

Вход о

, J

5

блоки оценки дисперсии вьтолнены 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.

Выход

Вымд

Синхр о

(pae.S

Редактор Н.Горват

Составитель Э.Борисов Техред А.Кравчук

Заказ 2666/55 Тираж 901Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий II3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, А

Влодсин фофие. 4

Корректор В.Бутяга