DE3709068A1 - Anordnung zur adaptiven medianfilterung - Google Patents
Anordnung zur adaptiven medianfilterungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Systeme zur adaptiven Me
dianfilterung.
Fortentwicklungen in der Bildverarbeitungstechnik haben
es möglich gemacht, Bilder in verschiedenster Form zu
verarbeiten. Eine Photographie beispielsweise kann als
eine zweidimensionale Matrix von Bildpunkten oder "Proben"
verarbeitet werden. Ein Videosignal, wie es z.B. von einer
Fernsehkamera geliefert wird, kann als eine dreidimensio
nale Matrix von Proben verarbeitet werden, wobei die drit
te Dimension die Zeit ist und Bewegungen im Bild repräsen
tiert. Ein Filter-Algorithmus, der beim Verarbeiten sol
cher Bilder angewandt werden kann, ist die sogenannte
Medianfilterung.
Ein Medianfilter reduziert impulsartiges Rauschen in je
der Art von Signalen, besonders effektiv ist aber sein
Einsatz zur Verminderung von Impulsrauschen in einem Bild.
Solches Rauschen kann z.B. verursacht werden durch einen
Kratzer in einer Photographie oder einen Ausfall im Nach
richtenkanal, über den das Videosignal übertragen wird.
Ränder oder Ecken, die in einem Bild existieren, werden
durch ein Medianfilter hingegen nicht beeinträchtigt. In
bekannten Medianfiltern wird die jeweils laufende Probe
(d.h. die gerade der Filterung unterworfene Probe) durch
eine Probe ersetzt, die den Medianwert der Werte einer Men
ge von Proben hat, welche die betreffende laufende Probe
und eine Anzahl umliegender Proben umfaßt.
Eine verbesserte Form des vorstehend beschriebenen Median
filter-Algorithmus besteht darin, die den Medianwert auf
weisende Probe wahlweise nur dann an die Stelle der lau
fenden Probe zu setzen, wenn der Wert der laufenden Probe
außerhalb vorbestimmter Schwellen liegt. Ein solcher Al
gorithmus ist z.B. in einer Arbeit von Scollar u.a. mit
dem Titel "Image Enhancement Using the Median and Inter
quartile Distance" beschrieben (erschienen in Computer
vision, Graphics and Image Processing, Band 25, 1984,
Seiten 236-251). Im einzelnen wird bei diesem Beispiel
die Differenz zwischen dem Wert der laufenden Probe und
dem Medianwert mit einer Größe verglichen, die gleich
einer Konstanten mal dem sogenannten Interquartilabstand
ist. Als "Interquartilabstand" bezeichnet man die Diffe
renz zwischen dem oberen und dem unteren Viertelswert
(Quartil). Ist die Differenz zwischen dem Wert der lau
fenden Probe und dem Medianwert größer als die Interquar
tilabstands-Funktion, dann wird die laufende Probe durch
die Probe ersetzt, die den Medianwert hat. In der genann
ten Arbeit wird dieser Algorithmus für vorteilhaft gehal
ten, weil er "lokalem Kontrast in den Daten Rechnung trägt
und weil scharfe Ränder fast überhaupt nicht verwischt
werden . . .".
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die
bekannte Medianfilterung weiter zu verbessern. Diese Auf
gabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1
beschriebene Filtersystem gelöst. Vorteilhafte Ausgestal
tungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich eine
weitere Verbesserung erzielen läßt, wenn man für den Me
dianfilter-Algorithmus zusätzlich zu den kontrastbezogenen
Kriterien, wie sie in der oben genannten Arbeit beschrieben
sind, noch Kriterien benutzt, die in keiner Beziehung zum
Bild stehen. Da einer der Hauptvorteile eines Medianfil
ters die Fähigkeit zum Dämpfen des Impulsrauschens ist,
dürfte es eine Verbesserung bedeuten, wenn man den Betrieb
des adaptiven Medianfilters abhängig von der relativen Dich
te des Impulsrauschens im zu filternden Signal modifiziert.
Eine gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aus
gebildete Anordnung enthält eine Quelle für ein Eingangs
signal, das möglicherweise Rauschen enthält, und eine Ein
richtung zur Erzeugung einer Vielzahl von Abfrageproben,
die das Signal repräsentieren. Ein adaptives Medianfilter
filtert diese Proben abhängig von einem Steuersignal. Eine
Rausch-Schätzeinrichtung schätzt die relative Dichte des
Rauschens im abgefragten Signal. Ein Steuersignalgenerator
erzeugt das Steuersignal, das dem adaptiven Medianfilter
abhängig von der geschätzten Rauschdichte zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen
anhand von Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines adaptiven Median
filtersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Er
findung;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines adaptiven Median
filters, das im System nach Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines M-telswerterzeu
gers, der im Medianfilter nach Fig. 2 verwendet werden kann;
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer alternativen Aus
führungsform eines adaptiven Medianfiltersystems nach der
vorliegenden Erfindung.
Gemäß der Fig. 1 wird das Eingangssignal, das der Median
filterung zu unterwerfen ist und z.B. ein Videosignal aus
dem Eingangsteil eines Fernsehempfängers (nicht darge
stellt) sei, an einen Eingangsanschluß 5 gelegt. Der Ein
gangsanschluß 5 ist mit einem Probenerzeuger 10 und einer
Rausch-Schätzeinrichtung 30 verbunden. Der Probenerzeuger
10 erzeugt eine Vielzahl von Proben, bestehend aus einer
"laufenden" Probe (d.h. die gerade der Filterung unter
worfene Probe), die einen gegebenen Punkt im verarbeite
ten Bild darstellt, und aus anderen Proben, die Punkte
in der Umgebung dieses gegebenen Punktes darstellen. Alle
diese Proben werden auf zugeordnete Daten-Eingangsanschlüs
se eines adaptiven Medianfilters 20 gekoppelt. Das adapti
ve Medianfilter 20 erzeugt an einem Ausgangsanschluß ein
mediangefiltertes Ausgangssignal. Ein Ausgang der Rausch-
Schätzeinrichtung 30 ist mit einem Eingang eines Steuer
signalgenerators 40 verbunden, der an einem Ausgang ein
Steuersignal erzeugt, das auf einen Steuereingang des
adaptiven Medianfilters 20 gegeben wird.
Im Betrieb erzeugt der Probenerzeuger 10 Versionen des
vom Anschluß 5 kommenden Eingangssignals, welche einen
jeweils laufenden und umgebende Punkte darstellen. In ei
nem System, wo das Eingangssignal ein Videosignal ist,
kann der Probenerzeuger 10 eine angezapfte Verzögerungs
leitung sein, die neben der jeweils laufenden Probe zuge
hörige umgebende Proben liefert, die der laufenden Probe
benachbart sind. Diese Nachbarschaft kann entweder verti
kal oder horizontal oder zeitlich sein, oder irgendeine
Kombination davon. Das adaptive Medianfilter 20 koppelt
selektiv entweder die laufende Probe oder eine Probe, die
den Medianwert der laufenden und der umgebenden Proben
hat, zum Filterausgang. Die Entscheidung darüber, ob die
laufende Probe durch eine Medianwertprobe zu ersetzen ist,
erfolgt abhängig von den Werten der Eingangsproben und vom
Steuersignal, das dem adaptiven Medianfilter 20 angelegt
wird.
Die Rausch-Schätzeinrichtung 30 wertet das am Eingangsan
schluß 5 zugeführte Eingangssignal aus, um die relative
Dichte des Rauschens im Eingangssignal zu bestimmen. Da
das adaptive Medianfilter besonders nützlich für die Dämp
fung von Impulsrauschen ist, kann die Rausch-Schätzeinrich
tung 30 z.B. die relative Dichte des Impulsrauschens im
Eingangssignal erfassen. Die Rausch-Schätzeinrichtung 30
kann einen Schwellendetektor aufweisen, der immer dann
einen Impuls erzeugt, wenn das Eingangssignal die einen
Rauschimpuls diskriminierenden Schwellen überschreitet,
und einen rückstellbaren Zähler, der die Anzahl von Im
pulsen über ein vorbestimmtes Zeitintervall zählt.
Das Steuersignal wird vom Steuersignalerzeuger 40 abhän
gig von der Dichte des Impulsrauschens erzeugt, um das
Impulsrauschen vollständiger zu dämpfen, ohne die im Sig
nal übertragene Nutzinformation zu beeinträchtigen. Der
Steuersignalgenerator 40 kann z.B. ein Decoder sein, der
Steuersignale mit verschiedenen Werten erzeugt, die ver
schiedenen Bereichen geschätzter Rauschdichte entsprechen.
In einer digitalen Ausführungsform kann dieser Decoder ein
vorprogrammierter Digitalspeicher sein.
Die Fig. 2 zeigt ein adaptives Medianfilter 20, das in der
Anordnung nach Fig. 1 benutzt werden kann. Gemäß der Fig. 2
werden Proben, die vom Probenerzeuger 10 der Fig. 1 kommen,
auf Dateneingänge eines sogenannten "M-telswerterzeugers"
21 gegeben. Das Steuersignal vom Steuersignalgenerator 40
wird auf einen Steuereingang des M-telswerterzeugers 21 ge
koppelt. Der M-telswerterzeuger 21 liefert an drei Daten
ausgängen jeweils eine Probe, von denen die eine den obe
ren M-telswert, eine andere den Medianwert und eine dritte
den unteren M-telswert hat. Die Proben mit dem oberen und
dem unteren M-telswert werden auf jeweils einen zugehöri
gen Eingang einer Subtrahierschaltung 23 gegeben. Der Aus
gang der Subtrahierschaltung 23 ist über einen Funktions
generator 26 mit einem ersten Eingang eines Vergleichers
27 gekoppelt. Die laufende Probe (am Eingang des M-tels
werterzeugers 21) und die Medianwert-Ausgangsprobe werden
an zugehörige Eingänge einer Subtrahierschaltung 25 ge
legt. Der Ausgang der Subtrahierschaltung 25 ist über ei
nen Absolutwertgenerator 28 mit einem zweiten Eingang des
Vergleichers 27 gekoppelt. Der Ausgang des Vergleichers
27 führt zu einem Steuereingang eines Multiplexers 29.
Ein erster Dateneingang des Multiplexers 29 ist zum Emp
fang der Medianwertprobe vom M-telswerterzeuger 21 ange
schlossen. Ein zweiter Dateneingang des Multiplexers 29
empfängt die laufende Probe vom Eingang des M-telswert
erzeugers 21. Der Datenausgang des Multiplexers 29 lie
fert die mediangefilterte Ausgangsprobe.
Der Ausdruck "M-telswert" ist eine allgemeine Bezeichnung
für den Wert einer Probe, die eine bestimmte Relativposi
tion in einer Liste einnimmt, welche eine Vielzahl von
Proben, geordnet nach ihren Werten, enthält. Der Median
wert, der obere Viertelswert und der untere Viertelswert
sind Spezialfälle von M-telswerten, sie bedeuten die Wer
te an denjenigen Positionen, die sich beim Durchlaufen
der geordneten Liste auf halbem Wege bzw. bei drei Vierteln
des Weges bzw. bei einem Viertel des Weges befinden.
Im Betrieb sortiert der M-telswerterzeuger 21 die Ein
gangsproben, um eine geordnete Liste von Proben zu bilden.
Die mittlere Probe aus dieser geordneten Liste hat den
Medianwert und wird am Medianwert-Ausgang erzeugt. An den
Ausgängen für den oberen und den unteren M-telswert werden
Proben von zwei anderen Positionen der geordneten Liste
geliefert. Welche speziellen Positionen der geordneten
Liste für den oberen und den unteren M-telswert jeweils
ausgewählt werden, wird durch das Steuersignal bestimmt.
In einer Arbeit von Demassieux u.a. mit dem Titel "The
LSI Architecture for a One-Chip Video Median Filter"
(veröffentlicht in Proceedings IEEE International Conference
on Acoustics, Speech and Signal Processing, 1985, Band 3,
Seiten 1001-1004) ist ein Beispiel für eine digitale Aus
führungsform eines Medianfilters beschrieben. Dieses Fil
ter enthält eine Sortiereinrichtung bestehend aus einer
Anordnung von zehn 8-Bit-Vergleichern, die fünf 8-Bit-
Proben in eine geordnete Liste sortieren, aus der bei je
der Taktperiode ein Medianwert und ein oberer und ein
unterer M-telswert genommen werden können.
Die Subtrahierschaltung 23 subtrahiert den unteren M-tels
wert vom oberen M-telswert. Die Differenz ist der sogenann
te "M-telswertabstand" (man könnte diesen Abstand auch als
InterMtilabstand bezeichnen, analog zur Wortbildung "In
terquartilabstand"). Im Funktionsgenerator 26 wird eine
Funktion des M-telswertabstandes berechnet. In der weiter
oben genannten Arbeit von Scollar u.a. beispielsweise ist
als Funktion die Multiplikation des InterquartiIabstandes
mit einer Konstanten beschrieben.
Es können auch andere Funktionen des M-telswertabstandes
vorteilhaft sein. So kann z.B. ein fester Wert erzeugt
werden, oder eine lineare Funktion des M-telswertabstandes.
Eine solche Funktion ist einhalb mal M-telswertabstand
plus eine Konstante. In einer digitalen Ausführungsform
kann die Funktion in einen programmierbaren Festwertspei
cher (PROM) vorprogrammiert sein, dessen Adresseneingänge
mit dem Ausgang der Subtrahierschaltung 23 und dessen Da
tenausgänge mit dem Vergleicher 27 verbunden sind.
Die Funktion des M-telswertabstandes kann auch abhängig
vom Steuersignal adaptiv gemacht werden, wie es gestrichelt
in Fig. 2 angedeutet ist. Welche spezielle Funktion des
M-telswertabstandes gewählt wird, hängt vom Wert des Steuer
signals ab. In einer digitalen Ausführungsform, die einen
programmierbaren Festwertspeicher enthält, kann das Steuer
signal an weitere Adresseneingänge des Speichers gelegt
werden, in den alle möglichen Funktionen einprogrammiert
worden sind.
Die Ausgangsgröße der Subtrahierschaltung 25 ist die Dif
ferenz zwischen dem Medianwert und der laufenden Probe.
Der Absolutwertgenerator 28 erzeugt den Betrag der Diffe
renz, im folgenden als "Medianabstand der laufenden Probe"
bezeichnet. Dieser Abstand wird im Vergleicher 27 mit dem
Wert der Funktion des M-telswertabstandes verglichen. Falls
der Medianabstand der laufenden Probe größer ist als der
bearbeitete M-telswertabstand, hat das Ausgangssignal Co
des Vergleichers 27 einen ersten Zustand, andernfalls ist
es in einem zweiten Zustand. Wenn das Signal Co im ersten
Zustand ist, koppelt der Multiplexer 29 die Medianwertpro
be vom M-telswerterzeuger 21 zum Filterausgang. Ist das
Signal Co im zweiten Zustand, dann koppelt der Multiplexer
die laufende Probe zum Filterausgang.
Dieses System kann als Standard-Medianfilter ausgebildet
sein, in welchem jede Probe durch eine den jeweiligen Me
dianwert aufweisende Probe ersetzt wird. Falls die Aus
gangsgröße des Funktionsgenerators 26 einen so kleinen
Wert hat, daß der Medianabstand jeder laufenden Probe
immer größer ist als dieser Wert (z.B. Null), dann wird
die Medianwertprobe immer an die Stelle der laufenden Pro
be gesetzt. Umgekehrt kann die Medianfilterung ausgeschal
tet werden, wenn der Funktionsgenerator 26 einen so großen
Wert liefert, daß bei keiner laufenden Probe der Median
abstand größer ist als dieser Wert. In diesem Fall wird
vom Multiplexer 29 stets die laufende Probe durchgelassen.
Der M-telswertabstand ist ein Maß für den Kontrast des
Bildes am Ort der laufenden Probe. Bei hohem Kontrast ist
der M-telswertabstand groß, und umgekehrt. Wenn der Kon
trast am Ort der laufenden Probe hoch ist, dann muß die
laufende Probe relativ weit vom Medianwert abweichen, be
vor sie durch den Medianwert ersetzt wird. Wenn anderer
seits der Kontrast am Ort der laufenden Probe relativ ge
ring ist, dann braucht die laufende Probe nur relativ we
nig vom Medianwert abzuweichen, bevor sie durch den Median
wert ersetzt wird. Ein solches Medianfilter ist also
adaptiv und arbeitet abhängig vom örtlichen Kontrast des
Bildes im Bereich der laufenden Probe.
Im vorliegenden Fall bringt das vom Steuersignalgenerator
40 der Fig. 1 gelieferte Steuersignal den M-telswerter
zeuger 21 dazu, verschiedene obere und untere M-telswerte
zu erzeugen. Wenn z.B. die Rauschdichte relativ hoch ist,
dann können der obere und der untere M-telswert so gewählt
werden, daß sie relativ nahe am Medianwert liegen. Der
M-telswertabstand ist in diesem Fall also kleiner, und
die laufende Probe braucht nur relativ wenig vom Median
wert abzuweichen, bevor sie durch die Medianwert-Probe
ersetzt wird. Bei höherer Rauschdichte besteht also die
Tendenz, mehr Proben mit dem Medianwert einzusetzen. Wenn
andererseits die Rauschdichte relativ niedrig ist, dann
können der obere und der untere M-telswert so gewählt wer
den, daß sie weiter weg vom Medianwert liegen. In diesem
Fall ist der M-telswertabstand größer, und die laufende
Probe muß relativ weit vom Medianwert abweichen, bevor
sie durch die Medianwert-Probe ersetzt wird. Hierdurch
wird erreicht, daß bei niedriger Rauschdichte die Tendenz
besteht, weniger Proben mit dem Medianwert einzusetzen.
Im Falle sehr geringer Rauschdichte kann es ferner vor
teilhaft sein, das Medianfilter vollständig auszuschalten,
und zwar durch geeignete Wahl der im Funktionsgenerator
26 benutzten Funktion, wie es weiter oben beschrieben wurde.
Die Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform des in Fig. 2
dargestellten M-telswerterzeugers 21. Gemäß der Fig. 3
werden die Eingangsproben auf zugeordnete Eingänge einer
Sortiereinrichtung 22 gekoppelt. Die Sortiereinrichtung 22
kann so ausgebildet sein, wie es in der weiter oben erwähn
ten Arbeit von Demassieux u.a. beschrieben ist. Die Sortier
einrichtung 22 liefert an zugeordneten Ausgängen die der
Größe nach geordnete Liste der Werte der Eingangsproben.
So wird z.B. eine Probe, die den größten Wert der Eingangs
proben hat, am obersten Ausgang geliefert, während eine
Probe, die den kleinsten Wert der Eingangsproben hat, am
untersten Ausgang geliefert wird. Eine Multiplexerschal
tung 24 ist mit einzelnen Dateneingängen an zugeordnete
Ausgänge der Sortiereinrichtung 22 angeschlossen. In der
Multiplexerschaltung 24 ist der die mittlere Probe lie
fernde Ausgang der Sortiereinrichtung 22 mit dem Median
wert-Ausgang dieser Schaltung verbunden (wie mit der ge
strichelten Linie angedeutet). Der den oberen M-telswert
liefernde Ausgang der Multiplexerschaltung 24 wird ab
hängig vom Steuersignal mit einem ausgewählten Exemplar
der Eingänge der Multiplexerschaltung 24 verbunden. Der
für den unteren M-telswert vorgesehene Ausgang der Mul
tiplexerschaltung 24 wird, ebenfalls abhängig vom Steuer
signal, mit einem anderen Exemplar der Eingänge der Mul
tiplexerschaltung 24 gekoppelt.
Die Multiplexerschaltung 24 kann z.B. eine Direktverbin
dung von ihrem Medianwert-Eingang zu ihrem Medianwert-
Ausgang aufweisen und zwei Multiplexer enthalten, von de
nen der eine den für den oberen M-telswert vorgesehenen
Ausgang und der andere den für den unteren M-telswert vor
gesehenen Ausgang mit jeweils einem gewählten Exemplar der
Eingänge der Multiplexerschaltung koppelt und deren jeder
das Steuersignal vom Steuereingang empfängt.
In der Anordnung nach Fig. 2 erzeugt der Vergleicher 27
ein Signal Co mit dem Logikwert "1" immer dann, wenn die
laufende Probe durch die Medianwert-Probe ersetzt werden
soll. Das Ausgangssignal Co des Vergleichers 27 zeigt also
an, daß die laufende Probe eventuell einen Rauschimpuls
darstellt, der ersetzt werden sollte. Dieses Signal kann
dazu benutzt werden, die relative Dichte des Impulsrau
schens im Eingangssignal dadurch zu schätzen, daß man die
Anzahl des Auftretens von Impulsrauschen in einem Zeit
intervall feststellt. Das Signal Co kann auf einen dies
bezüglichen Ausgang gegeben werden, wie es gestrichelt in
der Fig. 2 angedeutet ist.
Die Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines
adaptiven Medianfilters, das gemäß den Prinzipien der
vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Elemente, die in
der Fig. 4 mit den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1
bezeichnet sind, entsprechen einander und arbeiten in der
gleichen Weise. Gemäß der Fig. 4 wird ein Eingangssignal,
das vom Eingangsanschluß 5 kommt, auf einen Probenerzeuger
10 gekoppelt. Der Probenerzeuger 10 liefert eine Vielzahl
von Proben an das als Block 20′ dargestellte adaptive Me
dianfilter. Dieses Filter 20′ liefert an gesonderten Aus
gängen ein mediangefiltertes Ausgangssignal und ein Signal
Co, wobei letzteres wie im weiter oben beschriebenen Fall
anzeigt, daß ein Rauschimpuls erfaßt worden ist. Das Sig
nal Co wird auf einen Eingang einer Rausch-Schätzeinrich
tung 50 gegeben. Ein zweiter Eingang dieser Einrichtung
empfängt ein Synchronisiersignal. Die Rausch-Schätzein
richtung 50 liefert an einem Ausgang einen Schätzwert für
die im Eingangssignal gefühlte relative Impulsdichte. Die
ses Schätzwertsignal wird an einen Eingang eines Steuer
signalgenerators 40 gelegt, der ein Steuersignal an einen
dafür vorgesehenen Steuereingang des adaptiven Medianfil
ters 20′ legt.
Wenn das Signal am Eingangsanschluß 5 z.B. ein zusammen
gesetztes Videosignal (Videosignalgemisch) darstellt, dann
gibt es in diesem Signal während des Vertikalsynchronin
tervalls Zeitintervalle, in denen das Signal einen vorbe
stimmten Pegel hat. Das an die Rausch-Schätzeinrichtung 50
gelegte Synchronisiersignal kann z.B. die Vertikalsynchron
komponente des Videosignalgemischs sein. Werden während
des Zeitintervalls, in dem das Signal voraussetzungsgemäß
den vorbestimmten Pegel hat, irgendwelche Impulse vom Sig
nal Co angezeigt, dann ist anzunehmen, daß diese Impulse
durch Rauschen verursacht sind. Die Rausch-Schätzeinrich
tung 50 zählt die Anzahl der Impulse, die das Signal Co
des adaptiven Medianfilters 20′ während des Vertikalsyn
chronintervalls anzeigt. Je höher dieser Zählwert ist,
desto höher ist die relative Dichte des Rauschens. Die
Rausch-Schätzeinrichtung 50 kann z.B. ein torgesteuerter
oder getasteter Digitalzähler sein. Am Beginn des Verti
kalsynchronintervalls wird der Zähler zurückgesetzt, und
sein Zählbetrieb wird eingeschaltet. Am Ende des Vertikal
synchronintervalls wird der Zählbetrieb ausgeschaltet, und
der resultierende Zählwert wird am Ausgangsanschluß der
Rausch-Schätzeinrichtung 50 festgehalten ("verriegelt").
Das Resultat der Impulszählung während des Vertikalsyn
chronintervalls ist das Eingangssignal für den Steuersig
nalgenerator 40, der daraufhin das Steuersignal erzeugt,
um die beiden M-telswerte (oberer und unterer M-telswert)
auszusuchen, die dazu verwendet werden, die im adaptiven
Medianfilter benutzten Schwellen zu bestimmen. Wie weiter
oben beschrieben, wird im Falle hoher Rauschdichte das
Steuersignal so bemessen, daß M-telswerte gewählt werden,
die relativ nahe am Medianwert liegen. Im Falle geringer
Rauschdichte werden M-telswerte gewählt, die weiter weg
vom Medianwert liegen.
Es sei erwähnt, daß die in Fig. 4 gezeigte Anordnung dazu
verwendet werden kann, das Impulsrauschen ohne Durchführung
irgendeiner Filterung zu schätzen. Eine entsprechende An
ordnung würde als Ausgangssignal die geschätzte Dichte
des Impulsrauschens von der Rausch-Schätzeinrichtung 50
liefern, wie es gestrichelt in Fig. 4 angedeutet ist. Es
kann zweckmäßig sein, die Dichte des Impulsrauschens zu
allen Zeiten zu schätzen. In einem solchen Fall wäre kein
Synchronisiersignal für die Rausch-Schätzeinrichtung 50
erforderlich. Ferner kann es zweckmäßig sein, eine Anzeige
dafür zu liefern, daß ein Impuls vorhanden ist. In diesem
Fall wird das Signal Co vom adaptiven Medianfilter 20′ an
einem gesonderten Ausgangsanschluß geliefert, wie es eben
falls gestrichelt angedeutet ist.
Vorstehend wurden verschiedene Ausführungsformen in Ver
bindung mit einem Videosignalgemisch erläutert. Es sei
jedoch hervorgehoben, daß sich mit Hilfe des vorstehend
beschriebenen adaptiven Medianfiltersystems jedes belie
bige Signal, das Impulsrauschen unterworfen sein kann,
mit Vorteil filtern läßt. Die Erfindung kann in Daten
systemen realisiert werden, die mit kontinuierlichen In
formationssignalen oder mit Datensignalen arbeiten, die
in Form abgefragter Proben vorliegen. Im letzteren Fall
können die Proben entweder Analogform oder Digitalform
haben.
Claims (8)
1. Anordnung zur adaptiven Medianfilterung, gekennzeich
net durch:
eine Quelle für ein Eingangssignal (5), das mögli cherweise Rauschen enthält;
eine auf das Eingangssignal ansprechende Einrichtung (10) zur Erzeugung aufeinanderfolgender Gruppen von Proben, die das Eingangssignal repräsentieren;
eine Einrichtung (20) zur adaptiven Medianfilterung der Proben abhängig von einem Steuersignal;
eine auf das Eingangssignal ansprechende Einrichtung (30) zum Schätzen der relativen Dichte des Rauschens;
eine auf die geschätzte Rauschdichte ansprechende Einrichtung (40) zur Erzeugung des Steuersignals.
eine Quelle für ein Eingangssignal (5), das mögli cherweise Rauschen enthält;
eine auf das Eingangssignal ansprechende Einrichtung (10) zur Erzeugung aufeinanderfolgender Gruppen von Proben, die das Eingangssignal repräsentieren;
eine Einrichtung (20) zur adaptiven Medianfilterung der Proben abhängig von einem Steuersignal;
eine auf das Eingangssignal ansprechende Einrichtung (30) zum Schätzen der relativen Dichte des Rauschens;
eine auf die geschätzte Rauschdichte ansprechende Einrichtung (40) zur Erzeugung des Steuersignals.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur adaptiven Medianfilterung
folgendes enthält:
eine Einrichtung (21) zum Bestimmen einer Probe, die den Medianwert der Gruppe der Proben hat, und zum Bestimmen von Proben, die den oberen und den unteren M-telswert der Gruppe von Proben haben;
eine Einrichtung (29), die auf ein weiteres Steuer signal anspricht, um ein laufendes Exemplar der zu filternden Gruppe von Proben wahlweise durch die den Medianwert aufweisende Probe zu ersetzen;
eine Einrichtung (23-28), die auf die den Median wert aufweisende Probe und auf die den oberen und den unteren M-telswert aufweisenden Proben und auf die laufende Probe anspricht, um das weitere Steuersignal (Co) zu erzeugen.
eine Einrichtung (21) zum Bestimmen einer Probe, die den Medianwert der Gruppe der Proben hat, und zum Bestimmen von Proben, die den oberen und den unteren M-telswert der Gruppe von Proben haben;
eine Einrichtung (29), die auf ein weiteres Steuer signal anspricht, um ein laufendes Exemplar der zu filternden Gruppe von Proben wahlweise durch die den Medianwert aufweisende Probe zu ersetzen;
eine Einrichtung (23-28), die auf die den Median wert aufweisende Probe und auf die den oberen und den unteren M-telswert aufweisenden Proben und auf die laufende Probe anspricht, um das weitere Steuersignal (Co) zu erzeugen.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zur Erzeugung des weiteren Steuersig
nals folgendes aufweist:
eine erste Subtrahiereinrichtung (23), welche die den oberen und den unteren M-telswert aufweisenden Proben empfängt und den Differenzwert zwischen diesen Proben liefert;
eine zweite Subtrahiereinrichtung (25), welche die laufende Probe und die den Medianwert aufweisende Probe empfängt, um den Differenzwert zwischen diesen beiden Proben zu liefern;
eine Vergleichseinrichtung (27), die mit der ersten und der zweiten Subtrahiereinrichtung verbunden ist, um die von den beiden Subtrahiereinrichtungen gelie ferten Differenzwerte miteinander zu vergleichen und das weitere Steuersignal (Co) zu liefern, wenn der von der zweiten Subtrahiereinrichtung gelieferte Diffe renzwert größer ist als der von der ersten Subtrahier einrichtung gelieferte Differenzwert.
eine erste Subtrahiereinrichtung (23), welche die den oberen und den unteren M-telswert aufweisenden Proben empfängt und den Differenzwert zwischen diesen Proben liefert;
eine zweite Subtrahiereinrichtung (25), welche die laufende Probe und die den Medianwert aufweisende Probe empfängt, um den Differenzwert zwischen diesen beiden Proben zu liefern;
eine Vergleichseinrichtung (27), die mit der ersten und der zweiten Subtrahiereinrichtung verbunden ist, um die von den beiden Subtrahiereinrichtungen gelie ferten Differenzwerte miteinander zu vergleichen und das weitere Steuersignal (Co) zu liefern, wenn der von der zweiten Subtrahiereinrichtung gelieferte Diffe renzwert größer ist als der von der ersten Subtrahier einrichtung gelieferte Differenzwert.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Erzeugung des weiteren Steuer
signals (Co) einen Funktionsgenerator (26) enthält,
der zwischen die erste Subtrahiereinrichtung (23) und
die Vergleichseinrichtung (27) geschaltet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Funktionsgenerator (26) eine Einrichtung enthält,
die ein am Eingang des Funktionsgenerators zugeführtes
Signal mit einer ersten Konstante multipliziert und
eine zweite, von Null verschiedene Konstante hinzu
addiert.
6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zur Erzeugung der den Medianwert, einen
oberen M-telswert und einen unteren M-telswert aufwei
senden Proben folgendes enthält:
eine Einrichtung (22) mit einer Vielzahl von Eingän gen zum Empfang der Proben der Gruppe und mit einer Vielzahl von Ausgängen, an denen die Proben der Gruppe nach ihren Werten geordnet erscheinen;
einen Multiplexer (24), der an dafür vorgesehenen Dateneingängen die geordnete Gruppe der Proben empfängt und der Datenausgänge zur Lieferung mindestens einer einen oberen M-telswert und einer einen unteren M-telswert aufweisenden Probe aufweist und einen Steuer eingang hat, der auf das Steuersignal anspricht, um abhängig vom Wert dieses Steuersignals ausgewählte Exemplare der Proben der geordneten Gruppe auf die Da tenausgänge für die Proben des oberen und des unteren M-telswertes zu koppeln.
eine Einrichtung (22) mit einer Vielzahl von Eingän gen zum Empfang der Proben der Gruppe und mit einer Vielzahl von Ausgängen, an denen die Proben der Gruppe nach ihren Werten geordnet erscheinen;
einen Multiplexer (24), der an dafür vorgesehenen Dateneingängen die geordnete Gruppe der Proben empfängt und der Datenausgänge zur Lieferung mindestens einer einen oberen M-telswert und einer einen unteren M-telswert aufweisenden Probe aufweist und einen Steuer eingang hat, der auf das Steuersignal anspricht, um abhängig vom Wert dieses Steuersignals ausgewählte Exemplare der Proben der geordneten Gruppe auf die Da tenausgänge für die Proben des oberen und des unteren M-telswertes zu koppeln.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung (20′) zur adaptiven Medianfilterung der
Proben ein Signal erzeugt, das anzeigt, daß ein laufen
des Exemplar der Gruppen der Proben ein relativ rausch
behaftetes Signal darstellt, und daß die Schätzeinrich
tung (50) auf dieses anzeigende Signal anspricht, um
einen Schätzwert für die relative Dichte des Rauschens
zu liefern.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das von der Quelle (5) gelieferte Eingangssignal ab
wechselnde Synchronisierungs- und Informations-Zeit
intervalle enthält und daß die Einrichtung (20′) zur
adaptiven Medianfilterung der Proben auf das Steuer
signal während des Informations-Zeitintervalls an
spricht und das besagte anzeigende Signal während des
Synchron-Zeitintervalls erzeugt.
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