JPH027614A - 論理フィルタ回路構成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、−次元または多次元的に標本化され、−次元
または多次元配列化されている信号に論理フィルタリン
グを施づ論理フィルタ回路構成、特に画像の１ｍ１ｌＨ
・収縮等の論理処理を行う論理フィルタ回＋ｆ６構成に
閏Ｊる。

（発明の概要） 本発明は、入力信号である配列中の特定要素に対する出
力を得るために、その要素の近傍にある要素を取出して
くる要素取出し回路と、この要素取出し回路の出力を並
列に入力し、この入力レベルに応じた順位付けを行う順
位（＝Ｊ　ＣＪ回路と、任意の順位の信号を取り出して
きて出力信号とする順位選択出力回路とを備えることに
より、不規則雑音の効果的除去、品位のよいエツジ信号
の抽出、図形の膨張・収縮、図形および波形の変形、各
種の帯域制限、多数決演算等が行える汎用的な論理フィ
ルタを回路構成Ｊるｂのて゛ある。

（従来の技術） 従来、この種のフィルタ動作について紹介したもの（こ
は、゛に、Ｐｒｃｓｔｏｎ　Ｊｒ、　　ｒ三−ＦＴＬＴ
ＥＲ８ＪＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ、ｏｎ　　Ｖｏｌ、　
　八５ＳＰ−３１Ｎｏ、４　　Ａｕｇ、１９８３四８ｆ
３１−１３７８”や入力ｆｆｆｉ号のｎ番目の最大１直
を出力することにより、従来のメデイアンフィルタを一
般化するものとして、Ｐｅｔｅｒ　Ｄ、Ｗｅｎｄｔ　ｅ
ｔ、　ａｔ、、　［５ｔａｃｋ　−Ｆｉｌｔｅｒｓｊ　
　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、ｏｎ　Ｖｏｌ、＾５ＳＰ−３
４Ｎ。

４八ｕｕ、　１９８Ｇ　Ｉ＋ｐ８９８−９１１　、また
それに１６Ｘだ回路構成としテハ、例えば　Ｒ，Ｇ、１
Ｉａｒｂｅｒ　　ｅｔ、ａｌ。

「ＶＬＳＩ　Ｉｍｐｌｅｌｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａ
　Ｆａ３ｊ　Ｒａｎｋ　　ＯｒｄｅｒＦｉｌｔｅｒｉｎ
ｇ　　＾Ｉｇｏｒｉｔｈｎ＋Ｊ　　　ＩＣ−八ＳＳＰ　
　　’８５　　　　ＴａｎｐａＤｐ１３り６−１３９９
”および’Ｑｕｙ　Ｂ、Ｃｏ１ｅｎａｎ　　ｒ基準機能
比較を用いるリアルタイム序数値フィルタ」米国１ｈ訂
ｔｌｓＰ４５ＧＯ９７４”があった。

この種のフィルタ回路の構成方法として提案されている
ものは、次の（順に従っている。

（１）入力信号を第１のしきい値処理により、・信号レ
ベルごとに多数の二値化信号に変換する。

（２）各信号レベルごとのすべての二値化信号の全要素
に対して、近傍演粋領域内に含まれる論理レベル１の数
を数える。

（３）手順２）の論理レベル１の数に関する第２のしさ
い姶処理により、各信号レベルの二値化出力を決足りる
。

（４）各信号レベルごとの二値化信号に対する出力をす
べて加降してＲ柊の結果を１ｑる。

（光明が解決しようと覆る問題点） この（１）ないしく４）の各手順は、いずれし回路規模
の点から兄で、そのままではリアルタイム信号に適用で
きる回路とならない。例えば、８ピッ］〜映像信号の場
合、入力を□２５６１１１の二値画像に変換し、各二値
画像について論理演粋を行った後に、２５６組の二値画
像を加算して結果を得ることになる。従って、Ｒ，Ｇ、
　Ｈａｒｂｅｒ等は、手順（２）の論理レベル１の数を
数える回路と、手順（３）のしきい端処理回路の部分と
にアナログ回路を用い、手順（４）の部分に独自の回路
構成を用いることにより回路を構成し、ＬＳＩの試作を
行なっているが、入力信号は最大６ビツトであった。

また、Ｇｕｙ　Ｂ、　Ｃｏ１ｅｎａｎ等の米国特ｆｌニ
示されている回路は、比較用の基準信号をスイープづる
ことがＣきる発信器と、アナログの比較器とを有Ｊるこ
とにより、手順（１）での第１のしきい値処理をコンパ
クトに行うことができるが、入出力はアナログであって
、このような回路構成はＬＳＩ化に適当でなかった。

本発明の目的は、上述の点に鑑み、従来技術の問題点を
有効に解決し、上述の手順（１）ないしく４）を経るこ
となく、直接順位付けを行う回路を構成して、ビット幅
が広く、ディジタルのリアルタイム信号に適応可能で、
ＬＳＩ化が容易な論理フィルタ回路、構成を提供リ−る
ことである。

（問題点を解決覆るための手段） このような目的を達成Ｊ゛るために、本発明は、標本化
により一次元または多次元配列化されている入力信号の
ある特定要素に対する任意の近傍要素を取出１ことので
きる近傍要素取出し回路と、この近傍要素取出し回路の
出力を入力とし、信号レベルに対する順位付けを行う順
位付は回路と、この順位付は回路の出力の中から順位選
択信号により任意の順位の信号を選択し出力することの
できる順位選択出力回路とを備え、前記それぞれの回路
により一連の処理をづると共に、前記近傍要素取出し回
路の構成、前記順位）パ択信号の大きさおよび前記−１
重の処理の繰り変えし回数の少なくとも１つを変えるこ
とにより、フィルタ特ｉ生を変１ヒさせることを特徴と
する。

（実施例） 次に、添附図面を参照し、本発明の実施例を詳細に説明
σる。

第１図は木光明による論理フィルタの基本構成図を示す
。図にｊ＞いて論理フィルタは、１個または複数個の標
本化された信号に対りる信号入力端子１と、この入力端
子１に加えられた信号の内から、次の処理に使用゛づる
信号を取出して出力りる近傍要素取出し回路２と、この
近傍要素取出し回路２の出力３を並列に入力し、この人
カイに号を信号レベルに応じて順位付ｃノを行い、信号
レベルの大きい順に（または小さい順に）並べ変えて出
力覆る順位付は回路４と、この順位付Ｃプ回路４の順位
付【ブされた出力信号５を並列に入力し、順位選択信号
入力端子７から与えられた順位選択信号に応じて、入力
信号の内から任意の順位の信号を選択し、出力端子８か
ら出力できる順位選択出力回路６とから構成される。

次に、この論理′ノイルタの作用を説明する。信号入力
端子１に加えられる入力信号は、標本イヒされた信号で
あって、音声信号またはテレビの映像信号のように、時
系列−次元信号または光学的に伝送されてきた信号ある
いは計算別の画像メモリから読み出されでくる信号のよ
うな並列信号であってもよい。

また、近傍要素取出し回路２は、標本化された時系列−
次元信号入力に対して、各種の信号遅延要素を用いるこ
とにより、入力信号の標本化クロックに同期しながら、
現時点で注目している信号要素に対づる近１′Ｐｉ要木
を、並列に出力するための回路である。一方、光学的に
伝送されてきた信号または画像メモリから読み出された
信号のような並列信号入力に対して、現時点で注目して
いる要素の近傍要素を出力すると同時に、注目要素を走
査する煎能も持つものとする。

なお、順位付ＩＪ回路４は、並列に入力づる要素に関し
て、信号レベルに応じた順位付（プを行う回路、すなわ
ち「並列ソーター」である。その出力端子の空間的な位
置と、出力信号の信号レベルの順位とは、１対１に対応
しているものである。

順位選択出力回路６は、いわゆる「セレクタ」であって
、入力端子肝の中の一つと出力端子８とを、順位選択信
号入力端子７から与えられる順位選択信号に応じて接続
するものて、ぞの接続が順位選択信号と１対１に対応し
ている。それ故に、順位選択信号と、出力端子８から出
力される信号の近傍領域内での信号レベルの順位とを、
１対１に対応させることができる。例えば、順位選択信
号入力端子７に１を与えれば、出力端子８に近傍領域内
の最も信号レベルの大きい信号を出力し、同揉に端子７
に２を与えれば２番目に大きい信号を出力することがで
きる。この際に、 （１）近傍要素取出し回路２の偶成の仕方、すなわち近
傍領域のりイズと形 （２）順位選択信号入力端子７に与える順位選択信号の
大きさ （３）上述の一連の処理の繰り換えしの数この３項■を
変えることにより、論理フィルタとしての特性を変える
ことができ、従来考えられている論理フィルタに比較し
て、柔軟な処理を行うことができる。

次に、第２図は本発明の一実施例である画像用二次元論
理フィルタの回路構成図を示Ｊ０図において画像用二次
元論理フィルタ１００は、テレビ映像信号のようなリア
ルタイムの時系列信号に適用される論理フィルタで、主
として近傍要素取出し回路２と、順位イ」け回路４およ
び順位選択出力回路６とから構成される。このうち、近
傍要素取出し回路２は、時系列信号の入力端子１と、こ
の入力（ａ号から１ライン（または１フレーム）遅延し
た信号と、２ライン（または２フレーム）遅延した（、
ｉｊ’３を１ｑるための第１遅延要素２１と、現在の入
力信号の他に２個のμ延要素２１の出力を入力としで、
これら３個の入力信号の信号レベル間の順位付けを行っ
て、一番大きい信号Ｈ１中位の信号Ｍ、最も小さい信号
Ｌ１．：並べ換えて出力する三点ブリソータ２２と、こ
の三点ブリソータ２２の３ｇの出力のそれぞれを一単位
または二単位遅延きせるだめの第２遅延要素２３とから
構成８れる。ただし、第１の遅延要素２１がライン理延
の場合には、クロック遅延（水平方向の一画Ａｕ延）を
−単位とし、フレーム圧延で・ある場合には、クロック
遅延（水平力ｒｏｊの一画素遅延）またはライン遅延を
一中位とする。

順位付は回路４は、三点ブリソータ２２の出力おＪ、び
第２遅延要素２３の出力からなる合計９個の出力信号（
すなわち、プリンート済みのＨ，Ｍ。

Ｌの３　ｉｔ！］　Ｘ　３組）のうちの２１１１１６個
をマージしつつ並列にソートし、６１１！Ｉのソート済
み近傍要素上ｅ（３，３）を得る入力並列マージソート
回路４１と、このマージソー１へ回路／１１の６個の出
力と遅延要素２３の出力の残りの１組３１１！Ｉの信号
とを並列に７−ジ゛づる（６．３）入力並クリマージソ
ート回路４２とから構成きれる。

ここでは、ｍ個のソート済みイエ号のグループと、［１
周のソート流みのグループとをマージソートして、新た
にｍ＋ｎｌ［！ｌのソート済みの信号のグループを得る
並列マージソート回路を、（ｍ、ｎ）入力並列マージソ
ー１・回路ということにＪる。

順位選択出力回路６は、（６，３＞入力並列マージソー
ト回路４２の９個の順位付けされた出力信号の巾から、
へ順位選択信号入力端子７に加えられる順位選択信号に
従って、任意の順位の信号を出力端子８に出力りる。

次に゛、このように構成された論理フィルタ１００の作
用を説明する。

入力端子１に人力されたイム号に対して、近傍要素取出
し回路２は、第１遅延要木２１とプリソータ２２および
第２遅延要素２３とからなり、本実施例では３×３の近
傍要素を取出Ｊ０ここに、第１理延要素２１としてライ
ン遅延を用い、第２理延要素２３としてクロック遅延（
水平方向の一画素遅延）を用い、テレビ画像に対して、
水平−垂直二次元画像として処理を行うことができる。

また、第１遅延要Ｍ２１としてフレーム遅延を用い、第
２遅延としてクロック遅延（水平方向の一画素；序延）
を用い、テレビ画像に対して、水平−フレーム（時間）
二次元画像どして処理を行うことができる。

な「夕、第１遅延要素２１としてフレーム遅延を用い、
第２遅延要素２３としてライン遅延を用い、テレビ画像
に対して、垂直−フレーム（時間）二次元画象として処
理を行うこともできる。

順位イリは回路４は、（３，３）入力並列マージソー１
・回路４１とおよび（６，３）入力並列マージソート回
路４２とからなり、ブリソーク２２により、予め大（ト
１）、中（Ｍ）、小（Ｌ）の順位イ旧ノδれた３ｇの信
号を３組、合計９個の近傍要素信号に対して、このうち
２組を並列にマージソートして、６個の順位イ旧ノされ
た信号を’＋５する。ぞの後、残り１紺３ｆｌ！＋の信
号と並列にマージソートして９個の順位付（）出力を１
りる。このような方法によれば、直接的に９詞の入力信
号に対して、順位付けを行うよりも、回路規模を極端に
少なくザることが可能となり、ＬＳＩ化が効果的である
。

順位選択出力回路６は、いわゆるセレクタで、順位選択
信号入力端子７から与えられる順位選択信号に応じて、
任意の順位の信号を出力端子８に出力できる。

次に、第３図番よ第２図の論理フィルタの近傍要素の取
出し方参考図を示す。図において注目している要素（画
素）Ｏに対づる３×３の近傍領域の形を示している。

第４図は第２図の論理フィルタのシンボル図を示す。図
において９は論理フィルタ本体で、第２図と同一の渫能
を有する部分には、同一の符号が付されている。

第５図は第２図の論理フィルタの直列接続図を示す。図
において複数個、例えばＮ個の論理フィルタ本体９−１
．９−２．・・・・・・９−Ｎを直列に接続し、各順位
選択信号入力端子７−１．７−２．・・・・・・７−Ｎ
に与える順位選択信号を、任意に選択して付与し、出力
端子８１より出力することができる。

第６図は近傍要素の取出しサイズ参考図を示づ。

図（Ａ＞は２×２、図（Ｂ）は３×３、図（Ｃ）は４×
４、図（Ｄ）は５×５、図（［）は７×７の場合で、現
在注目している近傍要素０に対する近傍領域の各種のサ
イズの例である。

第７図は各種の近傍要素の取出しの形の参考図を示す。

図において現在注目している近傍要素Ｏに対する近傍領
域の形の実施例を、サイズが３×３の場合について示す
も、その取り方は、ここに述べるものに限らずサイズ、
形、次元等を任意に選ぶことができる。

次に、第８図【よ本発明による他の実施例Ｃある外部マ
ージ入出力端子付き論理フィルタの回路構成図を示づ。

図において外部マージ入出力端子付き論理フィルタ２０
０は、主として近傍要素取出し回路２と、順位付は回路
４と、入力並列マージソー１・回路４４と、グループ選
択回路４５および順位選択出力回路６とから構成される
。このうち、入力並列マージソート回路４４は、入力並
列マージソート回路４２の９個の出力と、外部マージ入
力端子４３　（４３−１，４３−２，４３−３）からの
３傭の外部マージ入力との間の並列マージソー１・を行
う。

また、グループ選択回路４５は、入力並列マージソー１
・回路４４の出力のうち、信号レベルの大きい方から３
個と小さい方から３１［！］とを入力とし、グループ選
択信号入力端子４６に付加されたグループ選択１３号に
より、人力のうちの信号レベルの上（ηグループ３１［
！］または信号レベルの下位グルー７３個を、３個の外
部マージ出力端子４７（４７１、／Ｉ　７−２．４７−
３）に出力できる。

なお、順位選択出力回路６は、入力並列マージソート回
路４４の１２（ｆ！Ｉの出力を入力として、順位選択信
号入力端子７に付加された順位選択信号に応じて、任意
の順位の信号を出力端子８に出力する。

このように構成された論理フィルタ２００の基本動作は
、第２図と同様であるが、相違点として、外部マージ入
力端子４３　（４３−１，４３−２，４３３）、外部マ
ージ出力端子４７（４７−１，４７２，４７−３＞　、
第３人力並列マージソート回銘４４、グループ選択信号
入力端子４６、グループ選択回路４５が加入されて、処
理する近傍領域が拡張きれる。

すなわち、ある使用目的に基づいて、ＬＳＩ化する際に
、近傍要素取出し回路２から求められる近傍要素のサイ
ズは固定的なしのとなるが、処理用途によっては、さら
に広い近傍領域にて処理をする必要が生じる。この際、
複数個のＬＳＩチップを用いて、他のチップからのデー
タの入出力用として、外部マージ入出力端子４７を設け
ることにより、必要に応じて近傍領域を拡張覆ることが
できることである。本実施例では、拡張された近傍領域
内の要素のうち、出力として取り１ｑるものは、最も大
さい方から３藺または最も小さい方から３個のみとなり
、論理フィルタの性能としては制約を受Ｃブるも、これ
は外部マージ入出力端子４７の数を、可能な範囲で多く
づることにより解決できるものである。

第９図は第８図の論理フィルタのシンボル図を示す。図
において９１は外部マージ入出力付き論理フィルタ本体
で、第８図と同一の懇能を有する部分には、同一の符号
が付されている。。

第１０図は第８図の論理フィルタの近傍領域のサイズ拡
張構成図を示す。図において外部マージ入出力付き論理
フィルタ本体９１が４個使用され、処理される近傍領域
のサイズが４倍に拡張されている。

次に、第１１図は本発明のさらに他の実施例である時系
列信号のスペクトル変換用論理フィルタの回路構成図を
示す。図において本論理フィルタ３００は、主として、
例えば音声信号のような時系列信号の入力端子１と、近
傍要素取出し回路２と、順位付【プ回路４および順位選
択出力回路６とからなる。このうち、近傍要素取出し回
路２は、この入力端子１に付加された信号に対する１単
位（時系列信号の標本１ヒクロツクの間隔等）遅延、２
単位遅延、さらに任意単位の遅延を得る遅延要素２１を
有する。順位付は回路４は、この遅延要素２１の出力端
および入力端子１に付加された入力信号の中から任意の
選んで入力とし、この入力に与えられた信号に対して、
信号レベルに応じた順位付けを行って出力する。また、
順位選択出力回路６は、順位付は回路４で順位付けされ
た出力信号５を入力として、これらの信号５の中から、
順位選択信号入力端子７に付加ろれた順位選択信号に応
じて、任意の信号を選択して、出力端子８に出力づる。

このような論理フィルタ３００は、口）系列信号に対し
て、ある時間範囲にある１Δ号の中から、例えば一番大
きいものを出力したり、２番口に人込いものを出力どし
て、選んで出力したり覆るために、波形そのものを変形
する効果を有づる。従って、順位選択信号として、比較
的に大さな順位信号を選ぶことにより、低周波部分は通
過しつつ波形が変形を受けることになるから、意図的に
音質を変１ヒさせることができる。

（北門の効果） 以上に説明するように、本発明による論理フィルタ回路
は、入力信号のある注目要素の任意の近傍要素を取出し
得る近傍要素取出し回路と、この近傍要素取出し回路の
出力を入力として信号レベルに対でる順位付けをする順
位付は回路と、この順位付は回路の出力信号の中から任
意の順位の信号を選択して出力づることができる順位選
択出力回路とを設（−１、近ＩＶｉ領域のサイズ、形、
次元の選び方、順位選択信号の選び方または処理の繰り
返し方を変えるとにより、フィルタ特性を変化させるこ
とができるから、例えば画像用フィルタとして、従来の
線形フィルタのみ使用された分野において、極めて有効
で°ある。

また、波形のエッチ部分を劣化さゼない雑音の除去、高
品位なエツジ信号の抽出、画像の動き信号の演出、時間
成分を有Δる雑音除去、図形・波形の変形、画像の膨張
・収縮、多数決処理等への適用が可能で・ある。

なお、従来の主としてソフトウェアで行われた論理フィ
ルタリ、ングをハード化することにより、リアルタイム
信号への適用を可能とすることにより、高速性、経演性
が優れ、小形化・低消費電力化される等の効果を秦する
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明における論理フィルタの基本的構成図、
第２図は本発明の一実ｒＡｉ例である画像用論理フィル
タの回路構成図、第３図は第２図の近傍要素の取出しの
形番４図、第４図は同じく論理フィルタのシンボル図、
第５図は同じく直列接続図、第６図は近傍要素の取出し
サイズ参考図、第７図は各種の近傍要素の取出しの形番
各図、第８図は本発明の他の実施例の回路構成図、第９
図は第８図の論理フィルタのシンボル図、第１０図は第
８図の近傍領域のサイズ拡張構成図、第１１図は本発明
のさらに他の実施例の回路構成図である。 １：信号入力端子、２：近傍要素取出し回路、３：近傍
要素信号、４：順位付は回路、５：順位付けされた信号
、６：順位選択出力回路、７：順位選択信号入力端子、
８：出力端子、９：論理フィルタ本体、２１ニライン（
またはフレーム）遅延要素、２２：３点ブリソータ、２
３：クロック（またはライン）遅延要素、４１　：　（
３，３）入力並列マージソータ、４２：　（６，３）入
力並列マージソータ、４３：外部マージ入力端子、４４
：（９，３）入力並列マージソータ、４５ニゲル一プ選
択回路、４７：外部マージ出力端子、１００゜２００．
３００：論Ｊ里フィルり。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）標本化により一次元または多次元配列化されている
   入力信号のある特定要素に対する任意の近傍要素を取出
   すことのできる近傍要素取出し回路と、この近傍要素取
   出し回路の出力を入力とし、信号レベルに対する順位付
   けを行う順位付け回路と、この順位付け回路の出力信号
   の中から順位選択信号により任意の順位の信号を選択し
   出力することのできる順位選択出力回路とを備え、前記
   それぞれの回路により一連の処理をすると共に、前記近
   傍要素取出し回路の構成、前記順位選択信号の大きさお
   よび前記一連の処理の繰り返し回数の少なくとも一つを
   変えることにより、フィルタ特性を変化させることを特
   徴とする論理フィルタ回路構成。