Устройство адаптивного многомасштабного разложения изображения

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована в качестве блока в устройствах для обработки сигналов различной природы. Предлагаемая полезная модель позволяет выделять различные частотные диапазоны из исходного изображения на основе пакетного вейвлет-преобразования. Поставленная задача решается за счет использования полного пакетного вейвлет разложения изображения и обнуления пакетов, которые не относятся к выделяемому частотному диапазону.

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована для обработки сигналов разнообразной природы.

Известны способ и устройство быстрого вычисления дискретного вейвлет-преобразования сигнала с произвольным шагом дискретизации масштабных коэффициентов (патент Российской Федерации №2246132, кл. G06F 17/14, 2005, Бюл. №4), способ основан на представлении анализируемого сигнала и исходного материнского вейвлета в спектральной плоскости с последующим логарифмическим масштабированием, устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, два вычислителя быстрого преобразования Фурье, два постоянных запоминающих устройства, блок комплексного сопряжения, М перемножителей, М вычислителей обратного преобразования Фурье. Недостатком данного устройства является аппаратная избыточность и невозможность адаптивного изменения шага дискретизации масштабных коэффициентов.

Известен способ вычисления последовательно-параллельного вейвлет преобразования (патент Российской Федерации №2249850, кл. G06F 17/14, 2004, Бюл. №10), который заключается в том, что при прямом вейвлет-преобразовании входная информация в виде множества отсчетов обрабатывается в последовательных итерациях, в каждой из которых входную информацию пропускают через низкочастотный и высокочастотный фильтры. Прореженные через один отчеты с низкочастотного фильтра являются входами следующей итерации, а прореженные через один отсчеты с низкочастотного фильтра последней итерации и с высокочастотного фильтра являются коэффициентами вейвлет-преобразования. При обратном вейвлет-преобразовании

входной информацией являются коэффициенты прямого вейвлет-преобразования, дополненные нулями через заданное число разрядов. Эту информацию пропускают через совокупность фильтров, структура которых однозначно определяется низкочастотным и высокочастотными фильтрами прямого вейвлет-преобразования, а по отсчетам с этих фильтров определяют выходную информацию. Недостатком данного устройства является невозможность адаптивного изменения шага дискретизации масштабных коэффициентов.

Предлагаемая полезная модель не имеет аналогов.

Технической задачей полезной модели является вычисление вейвлет-преобразования, адаптивного к сигналу.

Техническая задача решается использованием пакетного вейвлет-преобразования. Результатом пакетного преобразования является набор вейвлет пакетов, каждый из которых соответствует определенному частотному диапазону. Таким образом, обнуляя ненужные вейвлет пакеты можно добиться выделения требуемого частотного диапазона.

Структурная схема устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, реализующая приведенный выше подход приведена на фиг.1, на фиг.2 показана структурная схема блока вычисления индексов (блок 2), на фиг.3 показана структурная схема блока обнуления пакетов (блок 3), на фиг.4 показана структурная схема масштабирования восстановленного изображения (блок 6). Устройство адаптивного многомасштабного разложения изображения содержит блок вычисления прямого пакетного вейвлет преобразования (блок 1), блок вычисления индексов (блок 2), блок обнуления пакетов (блок 3), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, блок 4), блок вычисления обратного пакетного вейвлет-преобразования (блок 5), блок масштабирования изображения (блок 6), блок управления и генерации адресов (блок 7), причем на первый вход блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования (блок 1) подается анализируемое

изображение, на второй вход блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования подается число уровней разложения при вычислении прямого пакетного вейвлет-преобразования, первый выход блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования соединен с первым входом блока обнуления пакетов (блок 3), второй выход блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования соединен со вторым входом блока обнуления пакетов (блок 3), третий выход блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования соединен с первым входом блока вычисления индексов (блок 2), на второй вход блока вычисления индексов (блок 2) поступает нижний предел выделяемого частотного диапазона, на третий вход блока вычисления индексов (блок 2) поступает верхний предел выделяемого частотного диапазона, первый выход блока вычисления индексов (блок 2) соединен с третьим входом блока обнуления пакетов (блок 3), второй выход блока вычисления индексов (блок 2) соединен с четвертым входом блока обнуления пакетов (блок 3), выход блока обнуления пакетов (блок 3) соединен с первым входом ПЗУ (блок 4), выход ПЗУ соединен с первым входом блока вычисления обратного пакетного вейвлет-преобразования (блок 5), выход блока вычисления обратного пакетного вейвлет-преобразования (блок 5) соединен с первым входом блока масштабирования изображения (блок 6), на второй вход блока масштабирования изображения (блок 6) поступает нижний предел выделяемого частотного диапазона, на третий вход блока масштабирования изображения (блок 6) поступает верхний предел выделяемого частотного диапазона, выход блока масштабирования изображения является выходом устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, причем блок управления и генерации адресов (блок 7) соединен со всеми вышеперечисленными блоками.

Блок вычисления индексов (блок 2) содержит устройство умножения 1 (блок 2.1), устройство умножения 2 (блок 2.2), причем на первый вход устройства умножения 1 (блок 2.1) поступает величина с выхода блока вычисления

прямого пакетного вейвлет-преобразования (блок 1), на второй вход устройства умножения 1 (блок 2.1) поступает величина с третьего входа устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, выход устройства умножения 1 является первым выходом блока вычисления индексов (блок 2), на первый вход устройства умножения 2 (блок 2.2) поступает величина с третьего входа устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, на второй вход устройства умножения 2 (блок 2.2) поступает величина с четвертого входа устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, выход устройства умножения 2 является первым выходом блока вычисления индексов (блок 2).

Блок обнуления пакетов (блок 3) содержит устройство сравнения 1 (блок 3.1), устройство сравнения 2 (блок 3.2), устройство логическое или (блок 3.3), блок обнуления пакета (блок 3.4), причем на первый вход устройства сравнения 1 (блок 3.1) подается величина со второго выхода блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования (блок 1), на второй вход устройства сравнения 1 (блок 3.1) подается величина с первого выхода блока вычисления индексов (блок 2), выход устройства сравнения 1 (блок 3.1) соединен с первым входом устройства логическое или (блок 3.3), причем на первый вход устройства сравнения 2 (блок 3.2) подается величина со второго выхода блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования (блок 1), на второй вход устройства сравнения 2 (блок 3.2) подается величина со второго выхода блока вычисления индексов (блок 2), выход устройства сравнения 2 (блок 3.2) соединен со вторым входом устройства логическое или (блок 3.3), выход устройства логическое или (блок 3.3) соединен с первым входом блока обнуления пакета, на второй вход блока обнуления пакета подается вейвлет-пакет с первого выхода блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования (блок 1).

Блок масштабирования изображения (блок 6) содержит устройство вычитания 1 (блок 6.1), блок интерполяции изображения (блок 6.2), причем на первый вход устройства вычитания 1 подается величина с третьего входа

устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, на второй вход устройства вычитания 1 подается величина с четвертого входа устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, выход устройства вычитания 1 соединен со вторым входом блока интерполяции изображения (блок 6.2), на первый вход блока интерполяции изображения подается величина с блока вычисления обратного пакетного вейвлет-преобразования (блок 5), выход блока интерполяции изображения (блок 6.2) является выходом устройства.

Устройство адаптивного многомасштабного разложения изображения работает следующим образом.

На первый вход блока вычисления прямого пакетного вейвлет преобразования поступает исходное изображение, на второй вход - заданное число уровней разложения. После этого блок по синхронизирующему сигналу разложения выполняет пакетное вейвлет разложение изображения. Затем, управление передается блоку вычисления индексов, который по синхронизирующему сигналу выполнения вычисления индексов, поступающего с блока 7 на основе исходных данных и результатов разложения изображения в блоке 1 вычисляет индексы обнуляемых пакетов. На второй вход блока вычисления индексов (блок 2) поступает нижняя граница индекса (в процентах) в массиве вейвлет разложения изображения, на третий вход - верхняя (в процентах), на первый вход - число элементов в вейвлет разложении изображения. Результатом работы блока является два индекса (нижний подается на третий вход блока обнуления пакетов, верхний - на четвертый вход того же блока) в массиве вейвлет разложения исходного изображения. После этого управление передается на блок обнуления пакетов. По синхронизирующему сигналу выдачи данных с первого и второго выходов блока 1 на первый и второй входы блока 2 передается пакет и индекс данного пакета в общем массиве пакетного вейвлет разложения исходного изображения. Если индекс рассматриваемого пакета больше или равен величине подаваемой на третий вход и меньше или равен величине,

подаваемый на второй вход, то производится загрузка пакета, в соответствии с его индексом в ПЗУ (блок 4), иначе производится обнуление пакета и загрузка нулевых значений в область памяти ПЗУ (блок 4) по адресу, соответствующему индексу рассматриваемого пакета. Затем, после обработки всех пакетов вейвлет разложения изображения, по синхронизирующему сигналу выдачи данных, который поступает на ПЗУ (блок 4) из устройства управления и генерации адресов (блок 7) происходит выдача данных на блок вычисления обратного пакетного вейвлет преобразования (блок 5), который после вычисления обратного преобразования выдает его результат на блок интерполяции изображения (блок 6). Блок интерполяции изображения (блок 6) после передачи на него результата вычисления обратного пакетного вейвлет преобразования выполняет масштабирование изображения с коэффициентом интерполяции, который равен разности между верхним и нижним пределом выделяемого частотного диапазона. Результат интерполяции в блоке 6 является результатом работы устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения.

Рассмотрим подробнее процесс вычисления индексов вейвлет пакетов, осуществляемый в блоке вычисления индексов (блок 2).

По сигналу загрузки данных, который поступает из устройства управления и генерации адресов (блок 7) на первый вход устройства умножения 1 (блок 2.1) поступает величина с третьего выхода блока 1, на второй вход устройства умножения 1 (блок 2.1) поступает величина с четвертого входа устройства 1, по сигналу умножения, блок 2.1 выполняет перемножение величин, находящихся на его входах, и посылает результат умножения на выход устройства.

По сигналу загрузки данных, который поступает из устройства управления и генерации адресов (блок 7) на первый вход устройства умножения 2 (блок 2.2) поступает величина с третьего входа устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, на второй вход

устройства умножения 2 (блок 2.2) поступает величина с четвертого входа устройства 1, по сигналу умножения, блок 2.2 выполняет перемножение величин, находящихся на его входах, и посылает результат умножения на выход устройства.

Рассмотрим подробнее процесс обнуления вейвлет пакетов, осуществляемый в блоке обнуления пакетов (блок 3).

По сигналу загрузки данных, который поступает из устройства управления и генерации адресов (блок 7) на первый вход устройства сравнения 1 (блок 3.1) поступает величина со второго выхода блока 1, на второй вход устройства сравнения 1 (блок 3.1) поступает величина с первого выхода блока 2, по сигналу сравнения, блок 3.1 выполняет сравнение величин, находящихся на его входах, и посылает результат сравнения на выход устройства, если величина на первом входе больше или равна величине на втором входе, то на выход посылается логическая единица, иначе - ноль.

По сигналу загрузки данных, который поступает из устройства управления и генерации адресов (блок 7) на первый вход устройства сравнения 2 (блок 3.2) поступает величина со второго выхода блока 1, на второй вход устройства сравнения 1 (блок 3.2) поступает величина со второго выхода блока 2, по сигналу сравнения, блок 3.2 выполняет сравнение величин, находящихся на его входах, и посылает результат сравнения на выход устройства, если величина на первом входе меньше или равна величине на втором входе, то на выход посылается логическая единица, иначе - ноль.

Затем величины, вычисленные в блоках 3.1 и 3.2 поступают на вход устройства логическое или, которое выполняет операцию логическое или над двумя входными величинами, результат выполнения операции поступает на вход блока обнуления пакета, который выполняет в зависимости от величины на первом входе обнуление (если величина на первом входе равна нулю) или

сохранение (если величина на нервом входе равна единице) пакета и выдает его по синхронизирующему сигналу выдачи данных на ПЗУ (блок 4).

Рассмотрим подробнее процесс интерполяции изображения, осуществляемый в блоке масштабирования изображения (блок 6).

Первоначально на вход устройства вычитания поступают две величины, т.е. верхний и нижний пределы выделяемого частотного диапазона, по сигналу вычитания устройство выполняет вычитания из величины на втором входе величину, которая находится на первом вход. Полученный результат используется в блоке интерполяции изображения (блок 6.2), который по сигналу выполнения интерполяции выполняет интерполяцию изображения, поступающего на его первый вход с коэффициентом, поступающим на его второй вход.

Таким образом, устройство адаптивного многомасштабного разложения изображения позволяет получить выделять из исходного изображения различные частотные диапазоны и таким образом получить адаптивное многомасштабное разложение изображения.

Устройство адаптивного многомасштабного разложения изображения для выполнения адаптивного по частоте разложения изображения, характеризующееся тем, что содержит блок вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования, блок вычисления индексов, блок обнуления пакетов, постоянное запоминающее устройство, блок вычисления обратного пакетного вейвлет-преобразования, блок масштабирования изображения, блок управления и генерации адресов, причем на первый вход блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования подается анализируемое изображение, на второй вход блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования подается число уровней разложения при вычислении прямого пакетного вейвлет-преобразования, первый выход блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования соединен с первым входом блока обнуления пакетов, второй выход блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования соединен со вторым входом блока обнуления пакетов, третий выход блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования соединен с первым входом блока вычисления индексов, на второй вход блока вычисления индексов поступает нижний предел выделяемого частотного диапазона, на третий вход блока вычисления индексов поступает верхний предел выделяемого частотного диапазона, первый выход блока вычисления индексов соединен с третьим входом блока обнуления пакетов, второй выход блока вычисления индексов соединен с четвертым входом блока обнуления пакетов, выход блока обнуления пакетов соединен с первым входом постоянное запоминающего устройства, выход постоянного запоминающего устройства соединен с первым входом блока вычисления обратного пакетного вейвлет-преобразования, выход блока вычисления обратного пакетного вейвлет-преобразования соединен с первым входом блока масштабирования изображения, на второй вход блока масштабирования изображения поступает нижний предел выделяемого частотного диапазона, на третий вход блока масштабирования изображения поступает верхний предел выделяемого частотного диапазона, выход блока масштабирования изображения является выходом устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, причем блок управления и генерации адресов соединен со всеми вышеперечисленными блоками, причем, блок вычисления индексов содержит устройство умножения 1, устройство умножения 2, причем на первый вход устройства умножения 1 поступает величина с выхода блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования, на второй вход устройства умножения 1 поступает величина с третьего входа устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, выход устройства умножения 1 является первым выходом блока вычисления индексов, на первый вход устройства умножения 2 поступает величина с третьего входа устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, на второй вход устройства умножения 2 поступает величина с четвертого входа устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, выход устройства умножения 2 является первым выходом блока вычисления индексов, причем блок обнуления пакетов содержит устройство сравнения 1, устройство сравнения 2, устройство логическое или, блок обнуления пакета, причем на первый вход устройства сравнения 1 подается величина со второго выхода блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования, на второй вход устройства сравнения 1 подается величина с первого выхода блока вычисления индексов, выход устройства сравнения 1 соединен с первым входом устройства логическое или, причем на первый вход устройства сравнения 2 подается величина со второго выхода блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования, на второй вход устройства сравнения 2 подается величина со второго выхода блока вычисления индексов, выход устройства сравнения 2 соединен со вторым входом устройства логическое или, выход устройства логическое или соединен с первым входом блока обнуления пакета, на второй вход блока обнуления пакета подается вейвлет-пакет с первого выхода блока вычисления прямого пакетного вейвлет-преобразования, причем блок масштабирования изображения содержит устройство вычитания 1, блок интерполяции изображения, причем на первый вход устройства вычитания 1 подается величина с третьего входа устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, на второй вход устройства вычитания 1 подается величина с четвертого входа устройства адаптивного многомасштабного разложения изображения, выход устройства вычитания 1 соединен со вторым входом блока интерполяции изображения, на первый вход блока интерполяции изображения подается величина с блока вычисления обратного пакетного вейвлет-преобразования, выход блока интерполяции изображения является выходом устройства.