Медианный фильтр

1562902 памяти, регистр 1 2, элемент 2 И-ИЛИ 13, дешиФратор 14, триггер 15, сумматоры 16 и 17, группу элементов И 18, генератор 19 тактовых импульсов эле 9 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 О гистр 31, Формирователь 32 кодов, сум,матор 33, коммутатор 34, вход 35 выбора типа операции устройства, вход 36 Пуск" устройства, вход 37 начальной установки устройства, вход 38 вы бора режима устройства, выход 39 импульсов сопровождения устройства, вы 4ход 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 чиселф медианная фильтрация без ограничения уровня данных, представленных двумерными массивами положительных чиселф медианная фильтрация с ограничением и без ограничения уровня данных, представленных числами в формате с фиксированной запятой в полном диапазоне.2 ил. 1 табл,1Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах циФровой обработки сигналов, в частности, при обработке изображений, представленных двумерными массивами данных,30Целью 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 диапазонеНа Фиг. 1 представлена Функциональная схема медианного Фильтра, на фиг. 2 - временная диаграмма его ра"40 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 2 И-ИЛИ 13, дешифратор 14, триггер 15, сумматоры 16 и 17, группу элементов И 18., генератор 19 тактовых импульсов, элемент И 20, элемент ИЛИ50 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 медиан- ного 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 М = Г С, где Г - число сторон С - число столбцов, Г = 2, С = 2 (1,1 - 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 1 и 1 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 образом,Пусть по входу 35 выбора типа операции задана операция медианной Фильтрации(фиг.2 а), по входу 38 выбора режима - операция поиска максимальногочисла (фиг. 2 б), Перед началом работыустройства единичным импульсом повходу 42 управления (фиг.2 в) с входа 43 задания уровня в регистр 6 заносится значение уровня ограничения.Далее единичным импульсом по входу 37начальной установки производитсясброс счетчиков 3, 5, 8 и 9 и регистра 12Тот же сигнал проходит черезэлемент ИЛИ 24 и сбрасывает регистр23 (фиг.2 г). Сигнал начальной установки с выхода элемента ИЛИ 26(Фиг.2 д) через элемент ИЛИ 21 подключает выходы коммутатора 29 к входам и, соответственно, к выходам ре"гистра 6, а через Формирователь импульсов 27 и элемент ИЛИ 30 заносится значение уровня ограничения в регистр 31 (Фиг.2 е) . Счетчики 8 и 9задают адрес нулевой центральнойточки, счетчик 5 - адрес смещенийдля нулевой точки апертуры относительно центральной точки. При помощи,сумматоров 1 6 и 17 формируется абсолютный адрес обрабатываемой точки висходном массиве, хранящемся в блоке22 памяти, и происходит выборка соответствукщего числа. Если абсолютный адрес обрабатываемой точки выходит за пределы массива по любой изкоординат, то в знаковых разрядахсумматоров 16 и 7, появляется хотябы одна "1 " и, соответственно, навыход 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 разрядамиДалее 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) . 5 1562902личество выходов дешифратора 14, элементов И в группе элементов И 18,разрядность регистра 23 и число вхо 1 дов коммутатора 25 равно К,5Сигнал логической "1 " на входе 35выбора типа операции задает опЕрациюнахождения максимального (минимального) числа в массиве, сигнал логического "0" - операцию медианной фильтрации. Единичный потенциал на входе36 "Пуск" разрешает устройству начать работу. Единичный импульс на входе 37 начальной установки приводит висходное состояние внутренние регист,ры и счетчики устройства, Сигнал логической "1" на входе 38 выбора режима задает операцию поиска максимального числа, а сигнал логического "0"операцию поиска минимального числа. 20Единичный импульс на выходе 39 импульсов сопровождения указывает нато, что информация на выходе 40 ре-зультата подготовлена к выдаче, сновнал логической "1" на выходе 41 конца работы - на окончание операции вустройстве. Единичный импульс на входе 42 управления заносит в регистр 6с входа 43 уровня ограничения значение уровня ограничения. 30Исходный массив хранится в блоке, 22 памяти. Счетчик 5 служит для пе-ребора всех точек К апертуры, счетчик 3 - для определения медианы вряду экстремумов. Счетчики 8 и 9 хранят адрес текущего значения центральной точки апертуры в исходном массиве по строкам и столбцам соответственно. Блоки О и 11 памяти содержатсмещения текущей точки апертуры относительно центральной .точки по строкам и столбцам соответственно. В блоках 1 О и 11 памяти хранятся числа вдополнительном коде с представлениемзнака двумя разрядами. Суммируя при 45помощи сумматоров 16 и 17 значениеадреса текущей центральной точки сосмещениями, хранящимися в блоках 10и 11 памяти, получают абсолютные адреса точек, входящих в апертуру. Если же текущая точка апертуры выходитза пределы массива, то хотя бы в одном знаковом разряде сумматоров 16 и17.появляется ",1 ", что вызывает подключение выходов дешифратора 29 к 55вторым входам и,соответственно, квыходам регистра 6. Таким образом,несуществующим точкам присваиваетсязначение уровня ограничения.Случай А В определяется единицей в старшем знаковом разряде сумматора 33. Коммутатор 34 пропускает на выход прямое значение старшего знако 5 вого разряда сумматора 33 (поиск максимума).По сигналу "Пуск" на входе 36 (фиг,2 ж) сигналы с генератора 19 тактовых импульсов ., (Фиг,2 з) посту Лают на выход элемента И 20 (фиг.2 и) 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.2 е) В противном случае в регистре 3.1 остается прежнее значение.,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 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.2 е), а в . регистр 1 2 соответствующее значение горядкового номера. Таким образом, в регистре 31 находится максимальное число среди чисел, входящих в апертуру (но не меньше уровня ограничения), а в регистре 1 2 - значение соответствующе 35 го порядкового номераСчетчик 5 сбрасывается в нуль, а на его выходе переноса появляется сигнал переноса. Одновибратор 4 Формирует из него короткий импульс (фиг.2 к). К содержимому счетчика 3 прибавляетея 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.2 д,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 выход55 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) е К тактового импульса в регистре 31 хранится значение медианы. На выходах переноса счетчиков 3 и 5 появляется сигнал переноса.Одновиб ратор . 2 преобразует сигнал переноса счетчика 3 в короткий импульс (Фиг.2 л) 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.2 г), а поступая на счетный вход счетчика 9, вызывает сдвиг центральной тачки апертуры, Сигнал переноса с выхода счетчика 5 через одновибратор 2 (Фиг.2 к 1 элемент 1 задержки, элемент ИЛИ 2 б. (фиг.2 д), формирователь 27 импульсов, элемент ИЛИ 30 (фиг.2 е) произ" водит начальную установку, регистра 31 . Запись в регистре 23 не производится, так как сигнал сброса (фиг,2 л) имеет большую длительность, чем сигнал записи (фиг,2 к), Таким образом, обрабатываются все точки исходного массива. После обработки последней точки возникает сигнал переноса на выходе счетчика 8, через элемент 2 И-ИЛИ 13 поступает на выход 35 конца работы (фиг.2 м), одновременно сбрасывая триггер 15, и прекращает подачу синхроимпульсов в устройство (фиг,2 и) .При выполнении операции нахождения экстремума апертура равна размеру массива и экстремум находится за один проход счетчика 5. Сигнал переноса с выхода счетчика 5 через одно- вибратор 4 и элемент 2 И-ИЛИ 13 поступает на выход 41 гонца работы,и, сбрасывая триггер 15, прекращает подачу тактовых импульсов в устройство.Формула изобретенияМедианный фильтр, содержащий генератор тактовых импульсов, триггер, три блока памяти, три регистра, четыре счетчика, дешифратор, двакоммутатора, два сумматора, группу элементов И, элемент НЕ, элемент 2 И-ИЛИ, элемент задержки, два оцновибратора, два элемента И, три элемента ИЛИ,причем выходы первого коммутатора соединены с информационными входами первого регистра, выходы которого являются выходами результата медиан 5 ного 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 2 И-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 25 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 знаковых35 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 регистра и всех счетчиков, второй вход50 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 элемента55 .2 И-ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ, вход которого соединен с вторым входом первого элемента И элемента 2 И-ИЛИ и является входом выбора типа операции медианного Фильтра, выход элемента 2 И-ИЛИявляется выходом конца работы медианного фильтра и соединен с входомсброса триггера, информационный входкоторого соединен с входом Туск"медианного фильтра, а синхровход соединен с ныходом генератора тактовыхимпульсов, и с первым входом первогоэлемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выходсоединен с первым входом второго элемента И и с счетным входом первогосчетчика, выход второго элемента Исоединен с синхровходом второго регистра, выходы разрядов которого соединены с входами дешифратора, выходыкоторого соединены с вторыми входамисоответстнующих элементов И группы,выходы которых соединены с соотнетствующими информационными входамитретьего регистра, вход сброса которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выходы разрядов соединены с соответствующими входами коммутатора, о т л и ч а ю щ и й с я темчто, с целью расширения функциональ-ных возможностей медианного фильтраза счет введения операции медианнойФильтрации с ограничением уровня иобработки массивов данных, представ"ленных числами с фиксированной запя-",.той в полном диапазоне, в него дополнительно введены формирователь кодовтретий сумматор, четвертый регистр,третий коммутатор, Формирователь импульсон, четвертый элемент ИЛИ, причем вход задания уровня медианногоФильтра соединен с входами четвертого регистра, синхровход которого является входом управления медианногоФильтра, а выходы разрядов соединеныс второй группой входов первого ком"мутатора, выходы которого соединенычерез Формирователь кодов с первойгруппой входов третьего сумматора,вторая группа входов которого соединена с выходами разрядов первого регистра, прямой и инверсный выходыстаршего знакового разряда третьегосумматора соединены соответственно сперным и вторым входами третьего коммутатора, выход которого соединен свторым входом второго элемента И,выход которого соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с синхровходом пер11 1562902 12 ного регистра, второй вход четверто- третьего коммутатора является входом го элемента ИЛИ соединен через форми- выбора режима медианного фильтра, рователь импульсов с выходом третьего вход переноса третьего сумматора соеэлемента ИЛИ и с шестым входом второ- динен с входом логической единицы уст 5го элемента ИЛИ, управляющий вход ройства. Примечания А О, В0, переполнение А О; В а:0АВ нет АВпереполнение О В О,О О В 0; переполнение 1ррек тор Л. Патай оставитель В. Козловехред Л. Сердюкова Шулл акт Подп исно Заказ 1065ВНИИПИ Госу изобретениям и открытиям при ГКНТ СС Раушская наб., д. 4/5 твенного комитета 113035, Москва, Ж Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 Старщийзнаковыйразрядсумматора33 Младшийзнаковыйразрядсумматора33 АВО, АъВ ЬтО, Ав В А еО, А -В А"-О, А в В -0 А "-О, В= 0; переполнение А О, В 0 Ав нет А"-В