KR100252728B1 - 순환미디언필터 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 순환 미디언필터(Circular Median Filter)에 관한 것으로서, 복수의 입력데이터들에 개별적으로 대응하는 복수의 출력데이터들이 연속하는 입력데이터들에 대하여 순환적으로 대응하는 관계에 있는 입력데이터들을 수신하며, 수신된 데이터들에 대응하는 출력데이터들을 크기순서로 정렬하는 데이터정렬부, 및 데이터정렬부로부터 출력되는 정렬된 데이터들의 인접한 데이터간의 거리들에 근거하여, 정렬된 데이터들 중 가운데 위치하는 데이터를 출력하는 중간값계산부를 포함한다. 이와 같은 순환 미디언필터는, 연속하는 입력데이터들에 순환적으로 대응하는 출력데이터들에 대해서도 우리가 원하는 위치상의 중간값을 정확하게 구할 수 있게 한다.

Description

순환 미디언필터

본 발명은 미디언필터에 관한 것으로서, 특히 복수의 입력데이터들에 개별적으로 대응하는 복수의 출력데이터들이 연속하는 입력데이터들에 대하여 순환적으로 대응하는 관계에 있을 때, 입력되는 데이터들에 대응하는 출력데이터들로부터 중간값을 구할 수 있도록 한 순환 미디언필터(circular median filter)에 관한 것이다.

미디언필터는 수신되는 신호들에서 중간크기의 값을 출력하는 비선형필터이다. 이러한 미디언필터는 수신된 신호로부터 임펄스노이즈를 효과적으로 제거하며, 경계부분에서 신호가 열화되지 않게 하는 좋은 필터특성들을 갖는다. 미디언필터는 전술한 필터특성들을 갖기 때문에 TV나 의료기기등의 영상신호처리에 널리 이용되고 있다. 미디언필터를 구현한 선원기술이 동일출원인에 의해 선출원된 특허출원번호 '제 96-27483호'에 개시되어 있다.

도 1은 선출원된 미디언필터를 나타낸 것으로, 4차 필터의 예를 보여준다. 도 1에서, 미디언셀(Median Cell)들(11∼15)은 수신되는 데이터들의 각각의 데이터를 저장한다. 이때, 미디언셀들(11∼15)에 저장되는 데이터들은, 최좌측 미디언셀(11)에 저장되는 데이터로부터 내림차순으로 정렬되어 있다. 도 1에 데이터(DATA_IN)가 입력되면, 입력된 데이터는 각 미디언셀들(11∼15)에 저장된 데이터들과 개별적으로 비교된 후, 비교결과에 따라 내림차순이 유지되는 위치에 삽입된다. 데이터가 삽입될 때, 각 미디언셀들(11∼15)에 저장된 데이터들 중 가장 오래전에 입력된 데이터는 삭제된다. 이와 같은 방법으로, 각 미디언셀들(11∼15)에 저장되는 데이터들은 항상 내림차순을 유지하며, 미디언셀들(11∼15)에서 가운데 위치하는 미디언셀(13)의 출력단을 필터의 출력단에 연결하면 현재의 데이터열로부터 중간값(OUT)을 구할 수 있다.

전술한 미디언필터는 입력데이터들에 대응하는 출력데이터들의 크기가 선형적으로 증가하는 경우를 위한 것으로, 이 경우 전술한 미디언필터가 아주 유용하다는 것이 선출원서에 기재되어 있다. 그런데, 입력데이터들에 대응하는 출력데이터들의 크기가 선형적으로 증가하지 않는 경우를 생각하여 볼 수 있다.

도 2a와 도 2b는 각각 일반적인 데이터의 정의역과 본 발명에 따른 데이터의 정의역을 비교설명하기 위한 도면을 보여준다. 도 2a에서, 선분

로 나타낸 정의역은, 선분위의 점들에 개별적으로 대응하는 값들의 크기가 선형적으로 증가하는 경우를 보여준다. 도시한 바와 같이, 정의역

에 속하는 5개의 데이터(χ[0]∼χ[4])가 전술한 미디언필터에 입력되는 경우, 중간값(OUT)으로 χ[3]이 출력된다.

한편, 도 2b에서, 원(C)으로 나타낸 정의역은, 각도들에 대응하는 원주상의 점들이 각도가 증가함에 따라 순환적으로 대응하는 관계에 있다. 즉, 도 2b에서, 각도 "0"과 "2π"는 원주상의 동일한 점에 대응된다. 이러한 정의역에 속하는 데이터들이 아래와 같이 입력된다고 하자.

χ[0]=θ₁, χ[1]=θ₂, χ[2]=θ₃, χ[3]=2π-θ₁, χ[4]=2π-θ₂

(0 < θ₁< θ₂< θ₃< π/2)

여기서, 우리가 구하고자 하는 중간값은, 도 2b에 보인 것처럼, χ[0]이다. 그러나, 전술한 미디언필터는 데이터들의 크기만을 비교하기 때문에 χ[2]를 중간값으로 출력하며, 이는 우리가 원하는 값이 아니다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 복수의 입력데이터들에 개별적으로 대응하는 복수의 출력데이터들이 연속하는 입력데이터들에 대하여 순환적으로 대응하는 관계에 있을 때, 입력되는 데이터들에 대응하는 출력데이터들로부터 중간값을 구할 수 있도록 한 순환 미디언필터를 제공함에 있다.

도 1은 선출원된 미디언필터의 구성도,

도 2는 일반적인 데이터의 정의역과 본 발명에 따른 데이터의 정의역을 비교설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 순환 미디언필터의 구성도,

도 4는 도 3에서 거리계산부의 상세구성도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 데이터정렬부21∼29 : 미디언셀

30 : 중간값계산부31 : 거리계산부

32 : 비교부33 : 멀티플렉서

본 발명에 따른 순환 미디언필터는, 미디언필터에 있어서, 복수의 입력데이터들에 개별적으로 대응하는 복수의 출력데이터들이 연속하는 입력데이터들에 대하여 순환적으로 대응하는 관계에 있는 입력데이터들을 수신하며, 수신된 데이터들에 대응하는 출력데이터들을 크기순서로 정렬하는 데이터정렬부, 및 데이터정렬부로부터 출력되는 정렬된 데이터들의 인접한 데이터간의 거리들에 근거하여, 정렬된 데이터들 중 가운데 위치하는 데이터를 출력하는 중간값계산부를 포함한다.

이하, 첨부한 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 순환 미디언필터를 나타낸 것으로, 3×3(8차) 미디언필터의 예를 보여준다. 도 3의 데이터정렬부(20)는 입력되는 데이터들을 크기순서로 정렬한다. 중간값계산부(30)는 정렬된 데이터들에서 중간위치의 값을 구하여 출력한다. 데이터정렬부(20)는 도 1의 미디언셀들(11∼15)과 동일한 동작을 하는 미디언셀들(21∼29)로 구성되며, 여기서 데이터입력단과 데이터들의 이동을 나타내는 연결선들은 생략하여 나타내었다. 중간값계산부(30)의 거리계산부(31)는 데이터정렬부(20)의 미디언셀들(21∼29)로부터 출력되는 값들을 입력받아 인접하는 두개의 출력값들의 거리들을 계산한다. 비교부(32)는 거리계산부(31)에서 계산된 거리들을 비교하며, 그 결과를 나타내는 비교결과값을 발생한다. 그리고, 멀티플렉서(MUX)(33)는 비교부(32)로부터 출력되는 비교결과값에 따라 데이터정렬부(20)의 미디언셀들(21∼29)로부터 출력되는 값들 중 하나를 선택하여 출력한다.

이와 같이 구성된 도 3의 동작을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

데이터정렬부(20)는, 소정의 데이터들을 수신하며, 특히 최근에 수신된 9개의 데이터들을 최좌측 미디언셀(21)로부터 내림차순으로 저장한다. 여기서, 수신되는 데이터들은, 연속하는 입력값들에 대하여 출력값들이 순환적으로 대응하는 함수의 정의역에 속하는 데이터들이다. 그리고, 저장된 데이터들은 단순히 그 크기만 비교되어 정렬된 상태이다. 정렬된 데이터들은 중간값계산부(30)로 인가된다. 중간값계산부(30)는 각 미디언셀들(21∼29)로부터 출력되는 데이터들을 입력받으며, 입력데이터들로부터 아래와 같이 중간값을 구한다.

도 2b에 보인 바와 같은 정의역(C)에 속하는 데이터들의 중간값은, 데이터들을 크기에 따라 원주상에 나타내었을 때 거리가 가장 먼 한 쌍의 데이터들로부터 순서적으로 가장 멀리 떨어진 데이터이다. 이를 아래 표로 정리한다.

[표]

최대거리인 쌍	중간값
R[0], R[1]	R[5]
R[1], R[2]	R[6]
R[2], R[3]	R[7]
R[3], R[4]	R[8]
R[4], R[5]	R[0]
R[5], R[6]	R[1]
R[6], R[7]	R[2]
R[7], R[8]	R[3]
R[8], R[0]	R[4]

여기서, R[0]∼R[8]은 크기순서로 정렬된 데이터들을 나타낸다.

중간값계산부(30)의 거리계산부(31)는 서로 인접하는 두개의 데이터를 한 쌍으로 하여 만들어 지는 각 쌍들의 거리들을 계산한다. 도 4는 거리계산부(31)에서 아래 수학식 1에 따라 한 쌍의 거리를 구하는 로직(logic)을 구현한 것이다.

[수학식 1]

(0 1< i 1< 7)

거리계산부(31)는 각 쌍들의 거리들을 개별적으로 계산하는 감산기(311)들로 구성된다. 거리계산부(31)에서 피감수들은 감수들보다 항상 크거나 같은 값을 가지므로 절대값 계산은 생략할 수 있다.

한편, R[8]과 R[0] 사이의 거리를 구하기 위하여 아래 수학식 2를 정의한다.

[수학식 2]

여기서, Max와 Min의 값은 일반적인 경우, 각각 "2π"와 "0"이다. 이 값들은 거리계산부(31)에 사전에 셋팅시켜 두고 사용할 수 있다. 여기서도, "2π"는 R[0]보다 크거나 같으며, "0"은 R[8]보다 작거나 같기 때문에 절대값 계산은 생략할 수 있다.

거리계산부(31)의 감산기(311)들은 감산결과를 비교부(32)로 출력한다. 비교부(32)는 입력되는 각 쌍들의 거리들을 비교하며, 그 결과, 거리가 최대가 되는 쌍에 대한 정보를 나타내는 비교결과값을 발생한다. 비교부(32)로부터 발생된 비교결과값은 멀티플렉서(33)에 선택제어신호(CTL)로 공급된다. 한편, 데이터정렬부(20)의 각 미디언셀들(21∼29)로부터 출력되는 데이터들은 멀티플렉서(33)에도 입력된다. 멀티플렉서(33)는 비교부(33)로부터 공급받는 선택제어신호(CTL)에 따라 입력데이터들 중 하나를 전술한 표에 의거하여 선택하며, 선택된 데이터를 중간값(OUT)으로 출력한다.

이와 같이 본 발명에 따른 순환 미디언필터는, 입력되는 데이터들에 대응하는 출력데이터들이 입력데이터들에 순환적으로 대응하는 관계에 있을 때에도 그 출력데이터들로부터 우리가 원하는 중간값을 정확하게 구할 수 있게 하는 효과를 가져온다.

Claims (7)

1. 미디언필터에 있어서,

   복수의 입력데이터들에 개별적으로 대응하는 복수의 출력데이터들이 연속하는 입력데이터들에 대하여 순환적으로 대응하는 관계에 있는 입력데이터들을 수신하며, 수신된 데이터들에 대응하는 출력데이터들을 크기순서로 정렬하는 데이터정렬부; 및

   상기 데이터정렬부로부터 출력되는 정렬된 데이터들의 인접한 데이터간의 거리들에 근거하여, 상기 정렬된 데이터들 중 가운데 위치하는 데이터를 출력하는 중간값계산부를 포함하는 순환 미디언필터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 데이터정렬부는 상기 데이터들의 크기순서에 따라 각각의 데이터를 저장하도록 일렬로 연결되는 미디언셀들로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 순환 미디언필터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 중간값계산부는 상기 인접한 데이터간의 거리가 최대가 되는 한 쌍의 데이터들로부터 가장 멀리 위치한 데이터를 구하는 것을 특징으로 하는 순환 미디언필터.
4. 제 3항에 있어서, 상기 중간값계산부는

   서로 인접한 데이터간의 거리들을 계산하는 거리계산부;

   상기 거리계산부에서 계산된 거리들을 비교하여 그 거리가 최대가 되는 한 쌍의 데이터에 대한 정보를 나타내는 비교결과값을 발생하는 비교부; 및

   상기 비교부로부터 공급받는 비교결과값에 따라, 상기 크기순서로 정렬된 데이터들 중 한 개의 데이터를 선택하여 출력하는 멀티플렉서를 포함하는 순환 미디언필터.
5. 제 4항에 있어서, 상기 거리계산부는 다음식에 의하여 상기 인접한 데이터간의 거리(D_2i)를 구하는 것을 특징으로 하는 순환 미디언필터.

   

   여기서, R[i]와 R[i+1]은 인접한 데이터들을 나타내며, i는 정수이다.
6. 제 5항에 있어서, 상기 거리계산부는 상기 정렬된 데이터들의 최대값과 최소값의 거리(D₁)를 다음식에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 순환 미디언필터.

   

   여기서, Max와 Min은 각각 정의역의 최대값과 최소값을 나타내며, R[Max]와 R[Min]은 각각 정렬된 데이터들의 최대값과 최소값을 나타낸다.
7. 제 4항에 있어서, 상기 거리계산부는 상기 인접한 데이터간의 거리들을 개별적으로 계산하는 감산기들로 구성되는 것을 특징으로 하는 순환 미디언필터.

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