Экстраполятор видеосигнала изображения

(57) Изобретение отной технике и может ВИДЕОСИГНАЛА сится к вычислител ыть использовано и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский инстданской авиации(56) Авторское свидеЛЬ 995101, кл. 6 06 6Авторское свидеМ 1091189, кл. 6 06 Изобретение относится к технике обработки видеосигналов двумерного изображения и может быть использовано в любых отраслях науки и техники, где необходимы предсказание или экстраполяция случайных сигналов двумерных изображений на фоне импульсных и флуктуационных помех.Известен экстраполятор видеосигнала изображения, содержащий ряд входных линий задержки, выходы которых соединены с соответствую.цими входами ряда блоков вычитания, выходы которых попарно подключены к информационным входам соответствующих переключателей, и с элементами сравнения, выходы которых через пороговые элементы соединены с управляющими входами переключателей, вход экстраполятора и выходы переключателей соединены с входами сумматора предсказании случаиных сигналов двумерных изображений, представляемых в виде растра, на фоне импульсных и флуктуационных помех, Цель изобретения - повышение точности экстраполяции, При экстраполяции используют информацию о яркости точек, соответствующих наклонным границам изображаемого объекта. Логическая обработка значений яркости групп точек, расположенных по вертикали, двум диагоналям и горизонтали с экстраполируемой точкой, позволяет сделать вывод о наличии или отсутствии контрастного контура изображаемого объекта и устранить случайные флуктуации яркости. 6 ил,Недостатком известного устройствляется низкая точность экстраполяции,Наиболее близким к предлагаемому является экстраполятор видеосигнала изображения, содержащий пять линий задержки, входы которых соединены с входом экстраполятора, сумматор, два пороговых элемента, два блока вычитания, входы первого из которых соединены с выходами первой и второй линий задержки, а входы второго - с выходами третьей и четвертой линий задержки, и переключатель, два блока выделения модуля, элемент И, при этом выходы пятой линии задержки соединены с первым входом сумматора, выход второго элемента И соединен с управляющим входом переключателя, выход пятой линии задержки и ыход сумматора соединены с информацио5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ными входами переключателя, выход которого является выходом экстраполятора.Недостатком известного экстраполятора является невысокая точность экстраполяции, так как для экстраполяции используются лишь те точки сигнала, которые расположены относительно экстраполируемой либо в одной строке, либо в одном столбце, а другие точки не используются, например точки, соответствующие наклонным границам объекта,Целью изобретения является повышение точности экстраполяции.Поставленная цель достигается тем, что в экстраполятор видеосигнала изображения, содержащий первый и второй блоки вычитания, первый и второй пороговые элементы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, и сумматор, введены аналогоцифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, два счетчика, дешифратор, пять блоков памяти, блок формирования адресов, алгебраический сумматор, регистр, цифроаналоговый преобразователь и элемент НЕ, при этом информационный вход аналого-цифрового преобразователя является входом экстраполятора, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационными входами блоков памяти, адресные входы которых связаны с соответствующими выходами блока формирования адресов, выходы первого и второго блоков памяти соединены с соответствующими входами первого блока вычитания, выходы третьего и четвертого блоков памяти - с входами второго блока вычитания, кодовые выходы первого и второго блоков вычитания подключены к первым входам первого и второго пороговых элементов, вторые входы которых - к шине задания порогового уровня, кодовый и знаковый выходы второго блока вычитания соединены с первым кодовым входом и знаковым входом алгебраического сумматора, второй кодовый вход которого связан с выходом регистра и первым входом сумматора, второй вход которого - с выходом пятого блока памяти, а выход - с информационным входом цифроаналогового преобразователя, выход алгебраического сумматора подключен к информационному входу регистра, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовыми входами цифроаналогового и аналого-цифрового преобразователей и через делитель частоты - с выходом первого счетчика, входом запуска аналого-цифрового преобразователя и входом элемента НЕ, кодовый выход первого счетчика связан с входом дешифратора,выход переполнения первого счетчика соединен с входом второго счетчика и входом сброса регистра, выход второго счетчика - с информационным входом блока формирования адресов, первый выход дешифратора подключен .к входам записи-считывания всех блоков памяти и тактирующему входу блока формирования адресов, второй выход дешифратора соединен с входом запуска цифроаналогового преобразователя, группа выходов дешифратора связана с группой управляющих входов блока формирования адреса, выход элемента НЕ соединен с третьим входом элемента И, выход которого - с входом. записи регистра,На фиг,1 дана структурная схема экстраполятора видеосигнала изображения; на фиг. 2-структурная схема блока формирования адресов;на фиг.З-структурная схема блока вычитания;на фиг,4- иллюстрация участка изображения с исходными и экстраполируемой точкой и их обозначение; на фиг.5 - участок изображения с нумерацией используемых точек; на фиг,6 - структурная схема алгебраического сумматора. Экстраполятор видеосигнала изображения содержит аналого-цифровой преобразователь 1, генератор 2 тактовых импульсов, делитель 3 частоты, первый 4 и второй 5 счетчики, дешифратор 6, блоки 7 - 7 ь памяти с первого по пятый, первый 8 и второй 9 блоки вычитания, блок 10 формирования адресов, первый 11 и второй 12 пороговые элементы, сумматор 13, алгебраический сумматор 14, элемент И 15, регистр 16, элемент НЕ 17 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18. Группа выходов 19 дешифратора соединена с одной группой входов блока формирования адресов, Дополнительный выход 20 блока 9 соединен с входом сумматора 14, Группы выходов 21- 21 Б блока 10 соединены с входами соответственно блоков 7 - 7 ь, Выход 22 блока 6 соединен с входами блока ЦАП, выход 23 дешифратора 6 - с соответствующим входом блока 10 и объединенными входами блоков памяти. Группа входов 24 экстраполятора является входами задания порогового уровня и соединена с вторыми группами входов первого и второго пороговых элементов. Выход генератора соединен с входами делителя частоты (ДЧ), аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и цифроаналогового преобразователя(ЦАП). Выход ДЧ соединен с входами АЦП и счетчика 4 и через элемент НЕ с входом элемента И, к другим входам которого подключены выходы пороговых элементов 11 и 12, Выход первого счетчика соединен с входом второго счетчика и входом сброса регистра 16.Блок 10 формирования адресов содержитдевять сумматоров 25-33, коммутатор 34, восемь блоков элементов И 35 - 42, два блока 5элементов ИЛИ 43 и 44, элемент ИЛИ 45,Вход уставки "2" соединен с входами сумматоров 29,32 и 27, вход уставки "4" - с входамиблоков элементов И 35 и 38, сумматоров 26 и27, Вход уставки "4 п+3" соединен с входом 10сумматора 25, Группы выходов сумматоров30, 28, 33, 31 и 25 являются соответственногруппами выходов 211-215 блока 10.Блоки элементов И 42 и 41, сумматоров33, 32 и 31, блоки элементов И 35, 36 и 40, 15сумматоры 26, 30, 29 и 28 соединены последовательно, Вход "2 п" является входом уставки блока элементов И 42. Выходкоммутатора 34 соединен с входами сумматоров 28, 30, 31 и 33. Выход элемента ИЛИ 2045 соединен с входами блоков элементов И42, 41 и 40. Входы 191 - 19 з соединены соответственно с входами блоков элементов И37, 35 и 38, 36 и 39, Группы выходов блоковэлементов И 37, 38 и 39 соединены с группами. входов элемента ИЛИ 45,Блок 8 (9) вычитания содержит сумматоры 461-46 з по модулю два, полный сумматор47, сумматоры 481 - 48 з по модулю два, полный сумматор 49, Входы от блока 72 (74) 30соединены с входами первого (А) слагаемого сумматора 47, входы от блока 71(7 з) черезсумматоры 46 соединены с входами второгослагаемого (В) сумматора 47. Другие входысумматоров 46 соединены с активным значением сигнала, входом переноса и старшим разрядом второго слагаемого .сумматора 47. Старший разряд суммы последнего соединен с одними входами сумматоров 48, к другим входам которого 40подключены соответствующие выходы сумматора 47. Выход старшего разряда сумматора 47 соединен также с входом переносасумматора 49. Выходы сумматора 28 соединены с входами второго слагаемого сумматора 49, входы первого слагаемого и старшийвход второго слагаемого сумматора 49 заземлены, выходы. которого соединены с входамиэлементов 11 (1 2), Блок 9 имеет допол нитель-,ный выход 20, соединенный с соответствующим входом сумматора 14,Алгебраический сумматор 14 содержитполусумматоры 501 - 50 з, 511-51 з, полныйсумматор 52, полный сумматор 53, сумматоры 541 и 542 по модулю два, полный сумматор 55. Старший выходной разряд регистра16 соединен с входом второго слагаемогосумматора 52 непосредственно, а также смматорами 30 и входом переноса, осталье разряды с регистра 16 соединены черезсумматоры 30 с входами второго слагаемого, Старший разряд с блока 9 соединен со старшим разрядом первого слагаемого сумматора 52 и входами полусумматоров 51, остальные разряды с блока 9 соединены с входами первого слагаемого сумматора 52 через полусумматоры 51, Выходы сумматора 52 соединены с входами второго слагаемого сумматора 53, входы первого слагаемого которого заземлены. Вход 20 блока соединен с входом переноса сумматора 53, выходы которого, кроме старшего, связаны с входами второго слагаемого сумматора 55 через сумматоры 54, старший выход соединен с входом сумматора 55 непосредственно, выходы также соединены с другими входами сумматоров 54 и входом переноса сумматора 55, Входы второго слагаемого соединены, как указано выше, а первого (А) заземлены. Выходы сумматора 55 являются выходами сумматора 14,Экстраполятор работает следующим образом,Алгоритм экстраполяции заключается в следующем,Экстраполяция в точке Х (фиг.4) производится путем анализа значений яркости в точках А 1 - Аб, В 2 - В 5 и С. При этом производится вычисление значений яркостей (их разностей) в следующих "четверках" точек;а) А 2 - А 1, Вз-В 2(анализ контура с наклоном - 45 );б) А 4 - Аз, В 4 - Вз (анализ вертикального контура);в) Аб - А 5, В 5 - .В 4(анализ контура с наклоном 45 О),Так, если оба значения разностей яркости А 4 - Аз и В 4-Вз превышает некоторый заданный порогд, то принимается решение о наличии вертикального контура. Если же хотя бы одна разность меньше порога, то принимается решение об отсутствии контура по вертикали, Аналогично принимается решение о наличии наклонных контуров.Суммарная экстраполяционная оценка формируется по правилу: С, если А 2 - А 1 лВз-В 2 чА 4-АзЬВ 4 - ВзМЧА 6 - А 5 МР 5 - В 4 дС+ ВЗ-В 2, ЕСли А 2 - А 1 ЛВЗ - В 2 М, А 4 - А 31 лВ 4 - ВзчА 6 - А 5 лВ 5 - В 4 д С+ В 4-Вз, если А 4 - АЗлВ 4-В 3 д, А 2 А 1 ЛВЗ - В 2 ЫАб А 5 ИВ 5 В 4Х С+ В 5 - В 4,если Аб - А 5 лр 5 - В 4 М, А 2 А 1 фЗ Вф 4 - АЗМВ 4 - ВЗ С+ В 4 - Вз+ Вз - В 2, если А 2 - А 1 лВз - В 4 ь Ч А 4 - АзлВ 4 - В 3 -д, Аб - А 5 ф 5 - В адС+ В 5-В 4+ Вз-В 2, если Аб-А 5 лВ 5-В 4 ч ЧА 2- А 1 ФЗ - В 2.4, А 4 - АЗАВ 4 - ВЗ :д ЬС+ 85-В 4+ В 4-Вз, если А 4 - АзЛВ 4-ВзМ4 Аб А 5 ЬР 5 - В 4 4 Ь 2-АМЬЗ-В 2 -дС+В 5 - В 4+В 4-Вз+Вз - В 2, есл и А 2 - А 1 л3 ВЭА 4 А 4 НВ 4 ВФАб-Абф 5 В 4 д, 5В данном выражении знаки Л и М соответствуют логическим операциям И (коньюнкции) и ИЛИ (дизъюнкции); знак-модуль.Изложенный алгоритм, таким образом, 10позволяет реализовать фильтрацию импульсных помех аналогично прототипу, атакже получить взвешенную (по яркости)экстраполяцию не только горизонтальных ивертикальных, но и наклонных контуров 15изображения, что повышает точность и расширяет функциональные возможности устройства за счет восстановления наклонныхконтуров с совместным учетом яркости нетолько отдельных контуров, но и их совокупности в экстраполируемой точке,Построчная развертка изображения сдлительностью строки 2 п ЬТ = Тс; эта развертка подается на вход АЦП, где квантуется с шагом дискретизации ЛТ/5 при 25интервале экстраполяции 2 Л Т, Частотатактовых импульсов с генератора (ГТИ) превышает величину 1/ЛТ в требуемое числораз для реализации аналого-циФрового преобразования. Частота сигналов запуска с 30выхода ДЧ 3 равна 104 = 5 ИТ.Счетчик 4 имеет пять состояний (тактовработы устройства).В первом состоянии сигнал снимается свыхода 23 дешифратора и обеспечивает запись уровня сигнала в цифровой форме вточке С по адресам "+4 п+3" во все блоки 7памяти, где- текущее состояние второгосчетчика 5, изменяющееся для каждой точкиизображения; 2 п - число точек в строке (номера точек иллюстрируются фиг.5).Блок 10 формирования адресов обеспечивает запись и считывание нужных точек.В момент записи значения яркости точки С во все блоки памяти по входам из 45счетчика 5 в блок 10 принимается значение, имеется сигнал на выходе 23, которыйпереключает коммутатор 34 так, что на адресные выходы 211 - 215 поступает значение"+4 п+3" с сумматора 25. В этот момент отсутствует сигнал на выходах 19. На выходах211 - 215 также формируется код "+ 4 п+3",поскольку отсутствуют сигналы на выходах191 - 19 з, появляющиеся. соответственно втактах с второго по четвертый. Также нет 55разрешающего сигнала на блоки элементовИ 35 - 39, 40, 41.Во втором такте работы организуетсяанализ на наличие контура с углом -45. На входе 191 появляется единичный сигнал, С выхода сумматора 215 снимается адрес (по управляющему сигналу на коммутатор 34); с учетом уставок "2", "4" и "2 п" (Фиксированные числа) на выходах 211 - 214 формируются соответственно адреса точек(А 1), +2 (А 2), +2 п+2 (Вг), +2 п+4 (Вз); на блоках вычитания производится определение модулей разности (фиг.З).Блоки 8 и 9 функционируют с использованием дополнительных кодов чисел, Первое (положительное) слагаемое поступает на входы А сумматора 47 непосредственно, второе преобразуется на сумматорах 46 в дополнительный код (фиг,З - примеры блоков для трехразрядных слагаемых), Старший разряд на Фиг,З - разряд знака. Сумматор 47 формирует дополнительный код разности. Если разность положительна, то старший разряд - нулевой, результат без изменений проходит на выход через сумматоры 48 и 49, Если разность меньше нуля, результат инвертируется на сумматорах 48 и к нему добавляется "единица" (вход РО сумматора 49). Таким образом, формируется модуль разности на выходе блоков 8 и 9. Для блока 9 необходимо (для дальнейшего анализа) знать и знак разности, Формирующийся на выходе 20 блока 9.Во втором такте на блоках 8 и 9 формируются значения разностей соответственноА 2 - А 1 иВз - В 2 1; на пороговых элементах эти разности сравниваются со значением д . Если обе разности превышают д, то во второй половине второго такта по сигналу с ДЧ 3 через элемент НЕ 17 (сигнал опроса) разность со знаком с блока 9 (Вз-В 2) записывается в регистр 16,В третьем и четвертом тактах формируются адреса, соответствующие точкам вертикального контура и контура с наклоном +45 О, Если эти четверки также удовлетворяют условиям наличия контура, то соответствующая разность В;+1 - В; ( = 3, 4) алгебраически суммируется с содержимым регистра и эта алгебраическая сумма снова записывается в регистр, Получение алгебраической суммы производится алгебраическим сумматором 14 (фиг,6). В нем также применен принцип сложения чиСел в дополнительном коде и перевод (при необходимости) результата в прямой код, Дополнительные коды первого и второго слагаемых формируются соответственно на полусумматорах 51 и 50 (добавление единиц производится соответственно на входах переноса сумматоров 53 и 52), Преобразование результата в прямой код производится на сумматорах 54 и 55.1718246 10 50 55 В сумматоре 14 (фиг.6) дан пример трех- разрядных чисел, старший - четвертый разряд является знаковым,На пятом этапе (такте) производится формирование экстраполируемого значения яркости в точке "Х". По сигналу запуска с дешифратора ЦАП формирует в соответствии с выполненными ранее логическими соотношениями значение оценки яркости в точке Х,Далее счетчик переходит в состояние +1, регистр 16 устанавливается в нулевое состояние и процесс аналогично повторяется для следующей точки,Сумматор 13 отличается от сумматора 14 тем, что старший разряд слагаемого, снимаемого на вход этого блока с блока 78(знаковый), заземлен,Таким образом, данное устройство позволяет получить экстраполируемое значение некоторой точки видеосигнала в зависимости от наличия не только горизонтальных и вертикальных контуров, но и наклонных контуров изображения, Кроме того, учитывается контрастность контуров за счет использования "взвешенной суммы" исходных яркостей, что обеспечивает полное использование исходной информации и повышает точность экстраполяции. Формула изобретения Экстраполятор видеосигнала изображения, содержащий первый и второй блоки вычитания, первый и второй пороговые элементы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, и сумматор, отл ича ющи й сятем, чо, с целью повышения точности эстраполяции, в него введены аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, два счетчика, дешифратор, пять блоков памяти, блок формирования адресов, алгебраический сумматор, регистр, цифроаналоговый преобразователь и элемент НЕ, при этом информационный вход аналого-цифрового преобразователя является входом экстраполятора, выход аналого 5 10 15 20 25 30 35 40 45 цифрового преобразователя соединен с информационными входами блоков памяти, адресные входы которых связаны с соответствующими выходами блока формирования адресов, выходы первого и второго блоков памяти соединены с соответствующими входами первого блока вычитания, выходы третьего и четвертого блоков памяти - с входами второго блока вычитания, кодовые выходы первого и второго блоков вычитания подключены к первым входам первого и второго пороговых элементов, вторые входы которых - к шине задания порогового уровня, кодовый и.знаковый выходы второго блока вычитания соединены с первым кодовым входом и знаковым входом алгебраического сумматора, второй кодовый вход которого связан с выходом регистра и первым входом сумматора, второй вход которого соединен - с выходом пятого блока памяти, а выход - с информационным входом цифроаналогового преобразователя, выход алгебраического сумматора подключен к информационному входу регистра, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовыми входами цифроаналогового и аналого-цифрового преобразователей и через делитель частоты - с входом первого счетчика, входом запуска аналогоцифрового преобразователя и входом элемента НЕ, кодовый выход первого счетчика связан с входом дешифратора, выход переполнения первого счетчика соединен с входом второго счетчика и входом сброса регистра, выход второго счетчика - с информационным входом блока формирования адресов, первый выход дешифратора подключен к входам записи-считывания всех блоков памяти и тактирующему входу блока формирования адресов, второй выход дешифратора соединен с входом запуска цифроаналогового преобразователя, группа выходов дешифратора связана с группой управляющих входов блока формирования адресов, выход элемента НЕ соединен с третьим входом элемента И,.выход которого - с входом записи регистра, 1718246Тираж Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж; РаПодписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССРская наб., 4/5