New VLSI CMOS analogue median filter for real-time video applications

• Autorzy: Kowalski J. , Kacprzak T. , Ślot K.

Warianty tytułu

PL

Nowy układ scalony CMOS VLSI analogowego filtru medianowego do aplikacji przetwarzania obrazu w czasie rzeczywistym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Noise corruption is a problem common to many imaging applications, degrading picture quality and reducing the effectiveness of its utilisation. A new CMOS VLSI chip, which is designed to realise real-time median filtering of video images, is presented. The concept is based on Cellular Neural Network paradigm, which enables parallel analogue operation. Images, which are subject to processing, are loaded and produced after filtering in a serial manner through video signal. The circuit has been manufactured using MIETEC 2.4 um CMOS technology and allows for processing of images with 64 pixels horizontal resolution. The resolution can be increased by cascading of several integrated circuits. Experimental verification using computer generated grey-level images has proved the validity of the concept.

PL

W artykule przedstawiono układ scalony CMOS VLSI analogowego filtru medianowego o architekturze sieci neuronowej komórkowej (SNK) do zadań przetwarzania obrazu w czasie rzeczywistym. Układ ten został zrealizowany w technologii CMOS MIETEC 2.4 um i jest zdolny przetwarzać obraz z rozdzielczością 64 pikseli na linię obrazu. Aby zwielokrotnić rozdzielczość przetwarzanego obrazu można wykorzystać jednocześnie kilka układów scalonych, łącząc je z wykorzystaniem specjalnych wyprowadzeń. Dodaktową funkcją układu scalonego jest możliwość pracy jako filtru uśredniającego obrazu. W pracy przedstawiono podstawy teoretyczne filtrów medianowych o architekturze SNK, opis implementacji CMOS wszystkich bloków funkcjonalnych układu scalonego filtru medianowego oraz jego architekturę. Zamieszczono wyniki symulacji i pomiarów podstawowych bloków CMOS filtru. Posługując się specjalnie wykonaną do tego celu kartą do komputera PC wykonano badania funkcjonalne filtru medianowego dla przykładowych obrazów zakłóconych szumem impulsowym typu "sól i pieprz". Przedstawiono oscylogramy filtrowanych sygnałów oraz obrazy będące wynikiem pracy układu scalonego filtru medianowego. Zamieszczono tabele, które przedstawiają podstawowe parametry układu oraz porównanie do istniejących już implementacji cyfrowych układów medianowych.

Słowa kluczowe

EN

cellular neural networks; nonlinear filering; image processing; ASIC

PL

sieci neuronowe komórkowe; filtry nieliniowe; przetwarzanie obrazów; ASIC

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 50, z. 2
• Strony: 209--230
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Kowalski J.

• Institute of Electronics, Technical University of Łódź, ul. Wólczyńska 223, 90-924 Łódź, Poland

autor

Kacprzak T.

• Institute of Electronics, Technical University of Łódź, ul. Wólczyńska 223, 90-924 Łódź, Poland

autor

Ślot K.

• Institute of Electronics, Technical University of Łódź, ul. Wólczyńska 223, 90-924 Łódź, Poland

Bibliografia

• 1. G. R. Arce, N. C. Gallagher: State Description for the Root-Signal Set of Median Filters. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. ASSP-30, No. 6, 1982, pp. 894-902.
• 2. G. R. Arce, R. L. Stevenson: On the Synthesis of Median Filter Systems. IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol. CAS-34, No. 4, 1987, pp. 420-429.
• 3. J. Astola, P. Heinonen, Y. Neuvo: Linear Median Hybrid Filters. IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol. 36, No. 11, 1989, pp. 1430-1437.
• 4. I. Pitas, A. N. Venetsanopoulos: Nonlinear Digital Filters. Boston, Kluver Academic Publishers, 1990.
• 5. J. Astola, Y. Neuvo: Matched Median Filtering. IEEE Transactions on Communications, vol. 40, No. 4, 1992, pp. 722-729.
• 6. L. Y. Ruikang Yang, M. Gabbouj, Y. Neuvo: Weighted Median Filters: a Tutorial. IEEE Trans. Circui1s and Systems-II: Analog and Digital Signal Processing, vol. 43, no. 3, 1996, pp. 157-192.
• 7. N. Demassieux, F. Jutand, M. Dana: A Low Cost Custom IC Real Time Image Median Filtering. IEEE 1986 Custom Integrated Circuits Conference, Proc., pp. 166-169.
• 8. O. Vainio, P. Heinonen, Y. Neuvo: Integrated FIR Median Hybrid Filter. IEEE l986 Custom Integrated Circuits Conferencc, Proc., pp. 170-172.
• 9. M. Karaman, L. Onural, A. Atalar: Design1 and Implementation of a General-Purpose Median Filter Unit in CMOS VLSI. IEEE Journal of solid-state Circuits, vol. 25, 1990, pp. 505-513.
• 10. R. Roncella, R. Saletti, P. Terreni: 70-MHz 2(μm CMOS Bit-Level Systolic Array Median Filter: IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 28, 1993, pp. 530-535.
• 11. C. T. Chen, L. G. Chen, J. H. Hsiao: VLSI Implementation of a Selective Median Filter. IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 42, No. 1. 1996, pp. 33-42.
• 12. P. H. Dietz, L. R. Carley: Simple Netvorks for Pixel Plane Median Filtering. IEEE Trans. Circuits and Systems-II: Analog and Digital Signal Processing, vol. 40, 1993, pp. 799-801.
• 13. A. Diaz-Sanchez, J. Ramirez - Angulo, A. Lopez, E. Sanchez - Sinencio: A Parallel Analog Median Filter. IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, Vol. 1, Lisboa. Portugal, 7-10 September, 1998. pp. 381-384.
• 14. B. E. Shi: Order Statistic Filtering with Cellular Neural Networks. CNNA-94 Third IEEE lnternational Workshop on Cellular Neural Networks and their Application,, Rome. Italy. December 18-21, 1994, pp. 441-443.
• 15. J. Kowalski, T. Kacprzak, K. Ślot: VLSI Implementation of Analog Image Median Filter with Average Filter Option Based on Cellular Neural Network Architecture. XXI National Conference on Circuit Theory and Electronic Networks, Poznań - Kiekrz, Poland, October 22-24, 1998. Proc. vol. 2, pp. 643-648.
• 16. K. Ślot , J. Kowalski, A. Napieralski, T. Kacprzak: Analogue median/average image filter based on cellular neural network paradign. Electronic Letters, 16th September l999, vol. 35, No. 19, pp. l619-1620.
• 17. C. Das: MIETEC 2μm CMOS MPC. MIE/F/06, IMEC/EUROCHIP. March 1993.
• 18. I. E. Opris, G. T. a Kovacs: A High-Speed Median Circuit. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1997, vol. 32. No. 6, pp. 905-908.
• 19. G. Fikos, S. Vlassis, S. Siskos: High-speed, accurate analogue CMOS rank filter. Electronics Letters, 30th March 2000, vol. 36, No. 7, pp. 593-594.
• 20. A. Paasio, K. Halonen: An analogue circuit for weighted rank order filtering. European Conference on Circuit Theory and Design, August 28-31, 2001, Espoo, Finland, pp. I-125 - I-128.
• 21. J. Kowalski, T. Kacprzak, K. Ślot: Analogue VLSI Chip of lmage Median/Average Filter Based on Cellular Neural Network Paradigm. Proceedings of the International Conference on Signals and Electronic Systems - ICSES'200l, Łódź, Poland, September 18 - 21, 2001, pp. 457-462.
• 22. J. Kowalski, T. Kacprzak, K. Ślot, P. Dębiec: Functional Tests Results of Analogue VLSI Chip of Image Median/ Average Filter Based on Cellular Neural Network Paradigm. Proceedings of the International Conference on Signal and Electronic System, - ICSES'2001, Łódź, Poland, September 18 - 21, 2001, pp. 221-226.