CN103312939A - 中值滤波装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种中值滤波装置和方法。该装置用于找出2r+1个输入数据中的中值，并且包括2(r+1)个比较器、1个计数器、1个用于求最小值的电路、1个寄存器、1个状态机、以及1个加法器。其中，2(r+1)个比较器中的2r+1个比较器用于对2r+1个输入数据和第一预定值进行比较、以及用于对2r+1个输入数据和寄存器的输出值进行比较；计数器用于统计2r+1个输入数据中不大于第一预定值或者寄存器的输出值的输入数据的数目；用于求最小值的电路用于找出2r+1个输入数据中大于第一预定值或者寄存器的输出值的输入数据、及第二预定值中的最小值；2(r+1)个比较器中的剩余的1个比较器用于对由计数器统计出的数目与r进行比较。

Description

中值滤波装置和方法
技术领域
本发明涉及图像处理领域，更具体地涉及用在图像处理系统中的中值滤波装置和方法。
背景技术
中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，其基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让其像素值接近真实值，从而消除孤立的噪点。由于中值滤波具有既去除图像中的噪点又保持图像的细节的特性，所以被广泛应用于图像处理中。
中值滤波的表达式为g＝median(f0，f2，...f2r)。即，对输入的2r+1个数据进行从小到大排序，然后输出排在中间位置的值，即g为第r个位置的值。例如median(0，4，3，5，3，6，2，9，1)＝3。
通常，在用硬件实现中值滤波时需要大量的硬件。例如，在图1所示的9点(每个点n比特)的中值滤波器中，需要25个比较器和18个n比特触发器)。其中，图1中所示的比较器的具体电路图如图2所示。虽然美国专利US2003/0095718A1提出了一种如图3所示的由较少硬件实现的中值滤波器，但是仍然需要17个比较器和16个n比特触发器。
发明内容
鉴于以上所述的问题，本发明提供了一种新颖的中值滤波装置。
根据本发明实施例的中值滤波装置，用于找出2r+1个输入数据中的中值，并且包括2(r+1)个比较器、1个计数器、1个用于求最小值的电路、1个寄存器、1个状态机、以及1个加法器。其中，2(r+1)个比较器中的2r+1个比较器用于对2r+1个输入数据和第一预定值进行比较、以及用于对2r+1个输入数据和寄存器的输出值进行比较；计数器用于统计2r+1个输入数据中不大于第一预定值或者寄存器的输出值的输入数据的数目；用于求最小值的电路用于找出2r+1个输入数据中大于第一预定值或者寄存器的输出值的输入数据、以及第二预定值中的最小值；寄存器用于寄存由用于求最小值的电路所找出的最小值；2(r+1)个比较器中的剩余的1个比较器用于对由计数器统计出的数目与r进行比较；并且状态机和加法器用于根据剩余的1个比较器的比较结果和来自外部的触发信号来生成指示寄存器的输出值是否为2r+1个输入数据中的中值的指示信号。
根据本发明实施例的中值滤波方法，用于找出2r+1个输入数据f(0)至f(2r)中的中值，并且包括：通过多个时钟周期依次找出输入数据f(0)至f(2r)中的第0至第r个最小值，其中，在每个时钟周期中仅找出一个最小值；将第r个最小值作为输入数据f(0)至f(2r)中的中值，其中找出输入数据f(0)至f(2r)中的第0至第r个最小值的处理包括：将输入数据f(0)至f(2r)分别与第一预定值进行比较；将输入数据f(0)至f(2r)中不大于第一预定值的k个输入数据作为输入数据f(0)至f(2r)中的第0至第k个最小值，并将输入数据f(0)至f(2r)中大于第一预定值的输入数据中的m个最小值M作为输入数据f(0)至f(2r)中的第k+1至k+m个最小值；将输入数据f(0)至f(2r)分别与最小值M进行比较；将输入数据f(0)至f(2r)中大于最小值M的输入数据中的n个最小值N作为输入数据f(0)至f(2r)中的第k+m+1至k+m+n个最小值；将前一步骤找出的最小值作为下一步骤的比较值重复比较处理和获取最小值处理，直到找到输入数据f(0)至f(2r)中的第r个最小值为止。
本发明和传统的中值滤波方法和装置相比，具有更少的电路。如果输入数据中有多个相同的数据，本发明的中值滤波方法和装置具有更快的查找速度。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了传统的中值滤波器的硬件配置图；
图2示出了图1中所示的比较器的具体电路图；
图3示出了传统的另一中值滤波器的硬件配置图；
图4示出了根据本发明实施例的中值滤波装置的硬件配置图；
图5示出了根据本发明实施例的中值滤波方法的流程图；以及
图6是根据本发明实施例的用于找出9个输入数据中的中值的中值滤波装置中用到的用于求出9个数值中的最小值的电路。
具体实施方式
下面将详细描述本发明各个方面的特征和示例性实施例。下面的描述涵盖了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更清楚的理解。本发明绝不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了相关元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。
图4示出了根据本发明实施例的用于找出2r+1个输入数据中的中值的中值滤波装置。在图4所示的中值滤波装置中，包括2(r+1)个比较器、1个用于获取最小值的电路、1个寄存器、1个计数器、1个状态机、1个加法器、以及1个触发器(该触发器未示出，并且是可选组件)。
在一个时钟周期内，用于获取最小值的电路输出一个最小值，如果该最小值不是2r+1个输入数据中的第r个最小值，则该最小值被保存在寄存器中，然后被作为比较基准与2r+1个输入数据进行比较，以进行下一轮最小值的获取和存储处理。循环往复，直到找出2r+1个输入数据中的第r个最小值(即，中值)为止。
需要说明的是，在第一时钟周期内，2r+1个输入数据被与预先设置的数值(即，该2r+1个输入数据能够取到的最小值)进行比较。例如，在2r+1个输入数据均为n比特的数据的情况下，该预先设置的数值为它们能够取到的最小值，即0。
图4中用到的比较器0至比较器2r是同一种比较器，这种比较器的输入是a和b，输出是c和d，逻辑关系如下：
如果a≤b，则c＝MAX_NUM，d＝1；
否则c＝a，d＝0。
其中，MAX_NUM是2r+1个输入数据能够取到的最大数。例如，在2r+1个输入数据均为n比特的数据的情况下，它们能够取到的最大值MAX_NUM＝2n-1。
图4中的计数器用于统计Eq_0至Eq_2r中1的个数(即，统计比较器0至比较器2r中d＝1的比较器的个数)。图4中的比较器2r+1用于对计数器的输出cnt和数值r进行比较，并得出结果信号Cnt_NL_r。其中，如果cnt不小于r(即，cnt≥r)，则Cnt_NL_r＝1；如果cnt小于r(即，cnt＜r＝，则Cnt_NL_r＝0。
图4中的状态机是1比特的状态机。如果由触发器触发的start(开始)信号为真，则状态机的输出信号state＝1，表明整个中值滤波装置处于运算状态；如果Cnt_NE_r＝1且state＝0，表明中值滤波装置的当前运算结束，即已经找到了2r+1个输入数据中的中值。
图4中的加法器的输出信号med_out_en表明med_out的有效性。当med_out_en＝1时，表明med_out为有效的中值；当med_out_en＝0时，表明med_out不是中值。
由以上结合图4的描述可知，根据本发明实施例的中值滤波装置实现了一种用于找出2r+1个输入数据f(0)至f(2r)中的中值的中值滤波方法。图5示出了根据本发明实施例的中值滤波方法的流程图。如图5中所示，该中值滤波方法包括：S502，通过多个时钟周期依次找出输入数据f(0)至f(2r)中的第0至第r个最小值，其中，在每个时钟周期中仅找出一个最小值；S504，将第r个最小值作为输入数据f(0)至f(2r)中的中间值。
具体地，找出输入数据f(0)至f(2r)中的第0至第r个最小值的处理包括：将输入数据f(0)至f(2r)分别与预定值A进行比较；将输入数据f(0)至f(2r)中小于或等于预定值A的k个输入数据作为输入数据f(0)至f(2r)中的第0至第k个最小值，并将输入数据f(0)至f(2r)中大于预定值A的输入数据中的m个最小值B作为输入数据f(0)至f(2r)中的第k+1至k+m个最小值；将输入数据f(0)至f(2r)分别与最小值B进行比较；将输入数据f(0)至f(2r)中大于最小值B的输入数据中的n个最小值C作为输入数据f(0)至f(2r)中的第k+m+1至k+m+n个最小值；将前一步骤找出的最小值作为下一步骤的比较值重复比较处理和获取最小值处理，直到找到输入数据f(0)至f(2r)中的第r个最小值为止。其中，预定值A取输入数据f(0)至f(2r)能够取到的最小值。
下面结合例子进一步解释根据本发明实施例的中值滤波装置的工作过程。假设需要找出9个输入数据【0，1，7，4，3，4，8，9，6】的中值(在这种情况下，需要10个比较器，并且比较器0至比较器8对应于比较器0至比较器2r，比较器9对应于比较器2r+1)。
在图4所示的中值滤波装置中，【Data_in0～Data_in8】＝【0，1，7，4，3，4，8，9，6】。Start信号到来后的第一个时钟周期记为0，下一个周期记为1，以此类推。
在时钟周期0中，寄存器的输出med_out复位为0，状态机的输出state＝1。
寄存器0至寄存器8的输出c，即【Temp_0～Temp_8】＝【MAX_NUM，1，7，4，3，4，8，9，6】；
寄存器0至寄存器8的输出d，即【Eq_0～Eq_8】＝【1，0，0，0，0，0，0，0，0】；
计数器的输出cnt＝1，比较器9的输出Cnt_NL_r＝0；
加法器的输出med_out_en＝0；
用于求最小值的电路的输出min＝1。
在时钟周期1中，寄存器的输出med_out＝1，状态机的输出state＝1。
寄存器0至寄存器8的输出c，即【Temp_0～Temp_8】＝【MAX_NUM，MAX_NUM，7，4，3，4，8，9，6】；
寄存器0至寄存器8的输出d，即【Eq_0～Eq_8】＝【1，1，0，0，0，0，0，0，0】；
计数器的输出cnt＝2，比较器9的输出Cnt_NL_r＝0；
加法器的输出med_out_en＝0；
用于求最小值的电路的输出min＝3。
在时钟周期2中，寄存器的输出med_out＝3，状态机的输出state＝1。
寄存器0至寄存器8的输出c，即【Temp_0～Temp_8】＝【MAX_NUM，MAX_NUM，7，4，MAX_NUM，4，8，9，6】；
寄存器0至寄存器8的输出d，即【Eq_0～Eq_8】＝【1，1，0，0，1，0，0，0，0】；
计数器的输出cnt＝3，比较器9的输出Cnt_NL_r＝0；
加法器的输出med_out_en＝0；
用于求最小值的电路的输出min＝4。
在时钟周期3中，寄存器的输出med_out＝4，状态机的输出state＝1。
寄存器0至寄存器8的输出c，即【Temp_0～Temp_8】＝【MAX_NUM，MAX_NUM，7，MAX_NUM，MAX_NUM，MAX_NUM，8，9，6】；
寄存器0至寄存器8的输出d，即【Eq_0～Eq_8】＝【1，1，0，1，1，1，0，0，0】；
计数器的输出cnt＝5，比较器9的输出Cnt_NL_r＝1；
加法器的输出med_out_en＝1；
用于求最小值的电路的输出min＝6；
至此，输出中值为4。
图6是根据本发明实施例的用于找出9个输入数据中的中值的中值滤波装置中用到的用于求出9个数值中的最小值的电路(如图6所示，需要8个比较器)。
推而广之，图4中所示的用于求最小值的电路可以包括2r个比较器(换句话说，可以由2r个比较器组成)。
由此可见，在本发明的实施例中，用于找出9个输入数据(每个数据包括n个比特)中的中值的中值滤波装置需要18个比较器和1个n比特触发器(用于触发start信号，图中未示出)，比已有的中值滤波器需要更少的电路。如果一次查找中有多个最小值，计数器将一次统计出最小值的个数，从而大大加快了查找的速度。
本发明和传统的中值滤波方法和装置相比，具有更少的电路。如果输入数据中有多个相同的数据，本发明的中值滤波方法和装置具有更快的查找速度。
以上已经参考本发明的具体实施例来描述了本发明，但是本领域技术人员均了解，可以对这些具体实施例进行各种修改、组合和变更，而不会脱离由所附权利要求或其等同物限定的本发明的精神和范围。
根据需要可以用硬件或软件来执行步骤。注意，在不脱离本发明范围的前提下，可向本说明书中给出的流程图添加步骤、从中去除步骤或修改其中的步骤。一般来说，流程图只是用来指示用于实现功能的基本操作的一种可能的序列。
本发明的实施例可利用编程的通用数字计算机、利用专用集成电路、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、光的、化学的、生物的、量子的或纳米工程的系统、组件和机构来实现。一般来说，本发明的功能可由本领域已知的任何手段来实现。可以使用分布式或联网系统、组件和电路。数据的通信或传送可以是有线的、无线的或者通过任何其他手段。
还将意识到，根据特定应用的需要，附图中示出的要素中的一个或多个可以按更分离或更集成的方式来实现，或者甚至在某些情况下被去除或被停用。实现可存储在机器可读介质中的程序或代码以允许计算机执行上述任何方法，也在本发明的精神和范围之内。
此外，附图中的任何信号箭头应当被认为仅是示例性的，而不是限制性的，除非另有具体指示。当术语被预见为使分离或组合的能力不清楚时，组件或者步骤的组合也将被认为是已经记载了。

Claims (8)

1.一种中值滤波装置，用于找出2r+1个输入数据中的中值，其特征在于包括2(r+1)个比较器、1个计数器、1个用于求最小值的电路、1个寄存器、1个状态机、以及1个加法器，其中：
所述2(r+1)个比较器中的2r+1个比较器用于对2r+1个输入数据和第一预定值进行比较、以及用于对2r+1个输入数据和所述1个寄存器的输出值进行比较；
所述1个计数器用于统计2r+1个输入数据中不大于所述第一预定值或者所述1个寄存器的输出值的输入数据的数目；
所述1个用于求最小值的电路用于找出2r+1个输入数据中大于所述第一预定值或者所述1个寄存器的输出值的输入数据、以及第二预定值中的最小值；
所述1个寄存器用于寄存由所述1个用于求最小值的电路所找出的最小值；
所述2(r+1)个比较器中的剩余的1个比较器用于对由所述1个计数器统计出的数目与r进行比较；并且
所述1个状态机和所述1个加法器用于根据所述剩余的1个比较器的比较结果和来自外部的触发信号来生成指示所述寄存器的输出值是否为2r+1个输入数据中的中值的指示信号。
2.根据权利要求1所述的中值滤波装置，其特征在于，所述2r+1个比较器是种类相同的比较器，该比较器具有两个输入端子a和b、以及两个输出端子c和d，并且所述输入端子a、b与所述输出端子c、d之间的逻辑关系为：如果a≤b，则c＝第二预定值，d＝1；否则c＝a，d＝0。
3.根据权利要求1所述的中值滤波装置，其特征在于，所述剩余的1个比较器具有两个输入端和一个输出端，其中如果所述两个输入端中的第一输入端的输入不小于第二输入端的输入，则所述一个输出端的输出值为1，否则所述一个输出端的输出值为0。
4.根据权利要求1所述的中值滤波装置，其特征在于，所述第一预定值是2r+1个输入数据能够取到的最小值。
5.根据权利要求1所述的中值滤波装置，其特征在于，所述第二预定值是2r+1个输入数据能够取到的最大值。
6.根据权利要求1所述的中值滤波装置，其特征在于，所述用于求最小值的电路包括2r个比较器。
7.一种中值滤波方法，用于找出2r+1个输入数据f(0)至f(2r)中的中值，该方法包括：
通过多个时钟周期依次找出输入数据f(0)至f(2r)中的第0至第r个最小值，其中，在每个时钟周期中仅找出一个最小值；
将第r个最小值作为输入数据f(0)至f(2r)中的中值，其中
找出输入数据f(0)至f(2r)中的第0至第r个最小值的处理包括：
将输入数据f(0)至f(2r)分别与第一预定值进行比较；
将输入数据f(0)至f(2r)中不大于第一预定值的k个输入数据作为输入数据f(0)至f(2r)中的第0至第k个最小值，并将输入数据f(0)至f(2r)中大于第一预定值的输入数据中的m个最小值M作为输入数据f(0)至f(2r)中的第k+1至k+m个最小值；
将输入数据f(0)至f(2r)分别与最小值M进行比较；
将输入数据f(0)至f(2r)中大于最小值M的输入数据中的n个最小值N作为输入数据f(0)至f(2r)中的第k+m+1至k+m+n个最小值；
将前一步骤找出的最小值作为下一步骤的比较值重复比较处理和获取最小值处理，直到找到输入数据f(0)至f(2r)中的第r个最小值为止。
8.根据权利要求7所述的中值滤波方法，其特征在于，所述第一预定值取输入数据f(0)至f(2r)能够取到的最小值。
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