Медианный фильтр Советский патент 1990 года по МПК G06F7/04 

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

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 работы.

Медианный фильтр 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, группу эле ментов И 18., генератор. 19 тактовых импульсов, элемент И 20, элемент ИЛИ 2J, 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 медиан

5

0

5

0

5

0

5

ного 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 работы медианного фильтра, вход 42 управления медианного фильтра, вход 43 задания уровня медианного Фильтра.

Медианный фильтр предназначен для нахождения максимальных (минимальных) чисел в массиве и выполнения 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 Т- число сторон; С - число столбцов, Г 2, С 2J (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-е пересчетом К+1/2, счетчики 8 и 9 - двоичные счетчики разрядности i и 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. Ко51562902

,личество выходов дешифратора 14, эле.ментов И в группе элементов И 38, (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 логиче-

Медианный Фильтр работает следующим образом.

Пусть по входу 35 выбора типа опе рации задана операция медианной филь рации (фиг,2а), по входу 38 выбора ре жима - операция поиска максимального числа (фиг.2б). Перед началом работы устройства единичным импульсом по

ского О - операцию медианной филът- ю входу 42 управления (фиг.2в) с вхоМедианный Фильтр работает следующим образом.

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 вхо

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.

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

Единичный импульс на выходе 39 импульсов сопровождения указывает на то, что информация на выходе 40 ре- зультата подготовлена к выдаче, сигнал логической 1 на выходе 41 кон- ца работы - на окончание операции в устройстве. Единичный импульс на входе 42 управления заносит в регистр 6 с входа 43 уровня ограничения значение уровня ограничения. , Исходный массив хранится в блоке ,22.памяти. Счетчик 5 служит для пе- , ребора всех точек К апертуры, счетчик 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 10 и 11 памяти содержат смещения текущей точки апертуры отно- сительно центральной точки по строкам и столбцам соответственно. В блоках 10 и памяти хранятся числа в дополнительном коде с представлением знака двумя разрядами. Суммируя при помощи сумматоров 16 и 17 значение адреса текущей центральной точки со смещениями, хранящимися в блоках 10 и 11 памяти, получают абсолютные адреса точек, входящих в апертуру. Ее- ли же текущая точка апертуры выходит за пределы массива, то хотя бы в одном знаковом разряде сумматоров 16 и 17 появляется , что вызывает подключение выходов дешифратора 29 к вторым входам и,соответственно, к выходам регистра 6. Таким образом, несуществующим точкам присваивается значение уровня ограничения.

да 43 задания уровня в регистр 6 заносится значение уровня ограничения. Далее единичным импульсов 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 соответствующего 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 большее из них (таблица).

Случай А «с В определяется единицей в старшем знаковом разряде сумматора 33. Коммутатор 34 пропускает на выход прямое значение старшего знакового разряда сумматора 33 (поиск максимума).

По сигналу Пуск на входе 36 (фиг,2ж) сигналы с генератора 19 Тактовых импульсов ,, (Фиг.2з) поступают на выход элемента И 20 (фиг.2и) Если число на выходе коммутатора 29 больше числа в регистре 31f то передним фронтом первого тактового импулоса при помощи элементов И 28 и ИЛИ 30 оно переписывается в регистр 31

(фиг. 2е) . В противном случае JB ре- ) гистре 31 остается, прежнее значение, , Передним фронтом первого тактового импульса значение порядкового номера большего числа из счетчика 5 переписывается в регистр 12 Далее к содержимому счетчика 5 прибавляется единица и происходят выборка и обработка следующей точки апертуры. Передним фронтом К-го тактового импульса в регистр 33 заносится очередное число (при условии , т.е. последней точке апертуры соответствует наибольшее число,фиг.2е), а в регистр 12 - соответствующее значение порядкового номера. Таким образом в регистре 31 находится максимальное число среди чисел, входящих в апертуру (но не меньше уровня ограничения), а в регистре 12 - значение соответствующего порядкового номера. Счетчик 5 сбрасывается в нуль, а на его выходе переноса появляется сигнал переноса. Одновибратор 4 формирует из него короткий импульс (фиг. 2к) . К содержимому счетчика 3 прибавляется единица. При помощи элементов И группы .элементов И 18 в соответствующий разряд регистра 23 заносится , 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 япертуры определяется второе по величине число из числа то. чек, входящих в апертуру. Медиана является К+1/2 наибольшим числом. По приходу(К+1/2)i К тактового импульса в регистре 31 хранится значение 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 сопровожде5 ния, разрешая считать первое значение медианы с выхода 40 результата. Тот же импульс через элемент ШЖ 24 сбрасывает регистр 23 (Фиг.2г), а поступая на счетный вход счетчика 9, вы0 зывает сдвиг центральной точки апертуры. Сигнал переноса с выхода счетчика 5 через Одновибратор 2 (фиг.2к) элемент 1 задержки, элемент ИЛИ 26 (фиг.2д), формирователь 27 импуль5 сов, элемент ИЛИ 30 (фиг.2е) производит начальную установку регистра 31. Запись в регистре 23 не производится, так как сигнал сброса (фиг52л) имеет большую длительность,

0 чем сигнал записи (). Таким образом, обрабатываются все точки исходного массива. После обработки последней точки возникает сигнал переноса на выходе счетчика 8, через

5 элемент 2И-ИЛИ 13 поступает на выход 35 конца работы (фиг.2м), одновременно сбрасывая триггер 15, и прекращает подачу синхроимпульсов в устройство (фиг.2и).

0 При выполнении операции нахождения экстремума апертура равна размеру массива и экстремум находится за один проход счетчика 5. Сигнал переноса с выхода счетчика 5 через одно5 вибратор 4 к элемент 2И-ИЛИ 13 поступает на выход 41 гонца работы,и, сбрасывая триггер 15, прекращает подачу тактовых импульсов в устройство.

0 Формула изобретения

Медианный фильтр, содержащий генератор тактовых импульсов, триггер, три блока памяти, три регистоа, четы- . ре счетчика, дешифратор, два коммутатора, два сумматора, группу элементов И, элемент НЕ, элемент 2И-ИЛИ, элемент задержки, два одновибратора, два элемента И, три элемента ИЛИ,

причем выходы первого коммутатора соединены с информационными входами первого регистра, выходы которого являются выходами результата медианного фильтра, выходы разрядов первого счетчика соединены с адресными входами первого и второго блоков памяти, информационными входами второго регистра и управляющими входами вто- 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 счетным входом третьего счетчика, выходы разрядов которого соединены с первой группой входов первого сумматора, вторая группа входов которого соединена с выходами первого блока памяти, а выходы разрядов соединены с входами младших разрядов 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 соединена с выходом второго блока памяти выходы первого и второго знаковых 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- ной установки медианного фильтра соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, вторым входом первого элемента ИЛИ, входами сброса второго ре

гистра и всех счетчиков, второй вход 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

g 5 0 5 Q о

5

0

5

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 1;Пуск медианного фильтра, а синхровход соединен с выходом 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 соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с соответствующими 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 функциональных возможностей медианного фильтра за счет введения операции медианной фильтрации с ограничением уровня и

обработки массивов данных, представ-Л ленных числами с фиксированной запя- J той в полном диапазоне, в него допол- нительно введены формирователь кодов,, третий сумматор, четвертый регистр, третий коммутатор, формирователь импульсов, 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 первым 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 первого регистра, второй вход четвертого элемента ИЛИ соединен через формирователь импульсов с выходом третьего элемента ИЛИ и с шестым входом второго элемента ИЛИ, управляющий вход

Редактор И. Шулла

Составитель В. Козлов

Техред Л. Сердюков а Корректор Л.Патай

Заказ 1065

Тираж 559

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

третьего коммутатора является входом выбора режима медианного фильтра, вход переноса третьего сумматора соединен с входом логической единицы устройства .

Подписное