專利名稱：顯示器數字圖像的Sobel和Laplace邊緣增強電路的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于顯示器技術領域，更具體地說涉及顯示器數字圖像的邊緣增強處理電路的改進。
背景技術：
圖像增強電路是指按特定的需要突出圖像中的某些信息，同時削弱或去除某些不需要的信息的處理方法。在數字圖像的處理中，往往需要充分顯示圖像的細節。這就需要增強圖像的邊緣和灰度跳變的部分。所謂邊緣就是指圖像局部亮度變化最顯著的部分。
已有的圖像邊緣增強處理的方法很多，如Sobel算子、Roberts算子、Robinson算子、Canny算子、LOG算子和Laplace算子等法。它們中有的對邊緣的提取十分粗糙，有的電路十分復雜而且運算速度慢、功耗大，有的對噪音干擾非常敏感。
本實用新型的目的，就在于克服上述缺點和不足，提供一種對圖像邊緣的提取和改善較精細，電路結構簡單，運算速度快、功耗低，抗噪音干擾能力強的顯示器數字圖像的Sobel和Laplace邊緣增強電路。

發明內容
為了達到上述目的，本實用新型至少包括輸入r[7:0](或g[7:0]、b[7:0])、hde(行)、vde(場)、pcik(時鐘)信號的邏輯處理電路，與邏輯處理電路連接的先入先出行存儲器0，與先入先出行存儲器0連接的先入先出行存儲器1，與先入先出行存儲器1和閾值信號(threshold)連接的邏輯比較電路，與邏輯比較電路和factor(增強等級)[7:0]信號連接的邊緣增強系數產生模塊以及與邊緣增強系數產生模塊、邏輯處理電路和邏輯比較電路連接的邊緣增強處理邏輯電路。本電路的輸出信號為new[7:0]，即邊緣增強后的圖像數據。其中r[7:0](或g[7:0]、b[7:0])為輸入圖像數據，factor[7:0]為用戶設置的邊緣增強系數(建議設置為1)，threshold[11:0]為用戶設置的判斷是否進行邊緣增強的閾值(建議設置為60)。hde、vde分別為輸入圖像的行、場data enable(使能數據)信號。Pcik為時鐘輸入。
先入先出行存儲器0和先入先出行存儲器1均為輸入R、G、B信號的fifo0 in[7:0]、輸出R、G、B信號的fifo0 out[7:0]，以wr-en和rd-en信號控制其在時鐘信號的上升沿寫或讀的隨機存取存儲器。rd-en信號依次與加法器、D觸發器連接處理后輸入隨機存取存儲器，wr-en信號依次與加法器、D觸發器連接處理后輸入隨機存取存儲器。隨機存取存儲器的輸出端經D觸發器輸出fifo0 out[7:0]。先入先出行存儲器0和先入先出行存儲器1用來存儲順序輸入的兩行圖像數據，它們是利用Xilinx的工具軟件ISE4的coregenerator產生并嵌入到電路中的。其控制信號wr-en和rd-en是由邏輯處理電路通過對hde、vde做leading-one處理并延時后相與得到，由它們分別控制先入先出行存儲器0和先入先出行存儲器1在時鐘信號的上升沿寫或讀。邏輯比較電路將利用Sobel算子對輸入圖像R、G、B信號進行處理、計算出的梯度值與用戶設定的threshold進行比較，確定是否圖像的邊緣、是否需要增強。
邊緣增強系數產生模塊由輸入信號為factor[7:0]和Sobel[12:2]、輸出信號為enhance[10:0]的多路轉換器組成。用來產生不同增強等級(factor)的增強值。它可以根據用戶設置的factor值來控制產生圖像增強的強度，產生相應的增強因子enhance。最后利用Laplace算子由邊緣增強處理邏輯電路進行處理，判斷是正邊緣還是負邊緣，確定增強方式，進行相應的增強。
數字圖像灰度值的顯著變化可用梯度來表示。本電路采用基于梯度法的Sobel算子和Laplace算子聯合操作實現圖像邊緣的檢測和增強。Sobel算子被認為是最佳的邊緣檢測算子。在不考慮噪音的情況下，Sobel算子取得的邊緣信息誤差不超過7度。
本實用新型提供了一種對圖像邊緣的提取和改善精細，電路結構簡單，運算速度快、功耗低，抗噪音干擾能力強，圖像質量得到明顯改善的顯示器數字圖像的Sobel和Laplace邊緣增強電路。它可廣泛應用于電視機、電腦、監控器等裝置的各種顯示器中。


圖1為本實用新型邊緣增強的原理圖。示意了Sobel算子和Laplace算子聯合實現圖像邊緣增強的基本流程。
圖2為本實用新型的電路原理圖。由于R、G、B信號的處理方式一致，圖中僅以R信號的處理為例。
圖3為先入先出行存儲器0和先入先出行存儲器1的電路圖。
圖4為邊緣增強系數產生模塊的電路圖。
具體實施方式
實施例1.一種顯示器數字圖像的Sobel和Laplace邊緣增強電路，如圖2所示。它至少包括輸入r[7:0](或g[7:0]、b[7:0])、hde(行)、vde(場)、pcik(時鐘)信號的邏輯處理電路(1)，與邏輯處理電路(1)連接的先入先出行存儲器0(2)，與先入先出行存儲器0(2)連接的先入先出行存儲器1(3)，與先入先出行存儲器1(3)和閾值信號(threshold)連接的邏輯比較電路(4)，與邏輯比較電路(4)和factor[7:0]信號連接的邊緣增強系數產生模塊(5)以及與邊緣增強系數產生模塊(5)、邏輯處理電路(1)和邏輯比較電路(4)連接的邊緣增強處理邏輯電路(6)所構成。
圖3所示，先入先出行存儲器0(2)和先入先出行存儲器1(3)均為輸入R、G、B信號的fifo0 in[7:0]、輸出R、G、B信號的fifo0 out[7:0]，以wr-en和rd-en信號控制其在時鐘信號的上升沿寫或讀的隨機存取存儲器(7)。其rd-en信號(9)依次與加法器(10)、D觸發器(11)連接處理后輸入隨機存取存儲器(7)。wr-en信號(12)依次與加法器(13)、D觸發器(14)連接處理后輸入隨機存取存儲器(7)。隨機存取存儲器(7)的輸出端經D觸發器(15)輸出fifo0 out[7:0]。
圖4所示，邊緣增強系數產生模塊(5)由輸入信號為factor[7:0]和Sobel[12:2]、輸出信號為enhance[10:0]的多路轉換器(8)組成。
圖1示出了其基本原理。圖中F(x，y)、G(x，y)分別為輸入、輸出數據，enhn為邊緣增強系數。當Sobel(F(x，y))＜Threshold(閾值)時認為不是邊緣，不經過處理直接輸出；當Sobel(F(x，y))＞Threshold時認為是邊緣，求出增強因子enhance。再經過Laplace求出拐點判斷增強的方式，當Laplace(F(x，y))＞0，G(x，y)＝F(x，y)+enhance，即圖像灰度值提升；當Laplace(F(x，y))＜0，G(x，y)＝F(x，y)-enhance，即圖像灰度值削弱；當Laplace(F(x，y))＝0，G(x，y)＝F(x，y)，即不進行邊緣增強處理，直接輸出。
實施例1增強了圖像的細節和層次感，電路結構簡單，運算速度快、功耗低，抗噪音干擾能力強，顯著改善了圖像質量。它可廣泛應用于電視機、電腦、監控器等裝置的各種顯示器中。
權利要求1.一種顯示器數字圖像的Sobel和Laplace邊緣增強電路，它至少包括輸入r[7:0]或g[7:0]或b[7:0]之一、hde行信號、vde場信號、pcik時鐘信號的邏輯處理電路，與邏輯處理電路連接的先入先出行存儲器0，與先入先出行存儲器0連接的先入先出行存儲器1，與先入先出行存儲器1和閾值信號threshold連接的邏輯比較電路，與邏輯比較電路和factor[7:0]信號連接的邊緣增強系數產生模塊以及與邊緣增強系數產生模塊、邏輯處理電路和邏輯比較電路連接的邊緣增強處理邏輯電路，其特征在于所說的先入先出行存儲器0和先入先出行存儲器1均為輸入R、G、B信號的fifo0 in[7:0]、輸出R、G、B信號的fifo0 out[7:0]，以wr-en和rd-en信號控制其在時鐘信號的上升沿寫或讀的隨機存取存儲器，rd-en信號依次與加法器、D觸發器連接處理后輸入隨機存取存儲器，wr-en信號依次與加法器、D觸發器連接處理后輸入隨機存取存儲器，隨機存取存儲器的輸出端經D觸發器輸出fifo0 out[7:0]。
2.按照權利要求1或2所述的顯示器數字圖像的Sobel和Laplace邊緣增強電路，其特征在于所說的邊緣增強系數產生模塊由輸入信號為factor[7:0]和Sobel[12:2]、輸出信號為enhance[10:0]的多路轉換器組成。
專利摘要一種顯示器數字圖像的Sobel和Laplace邊緣增強電路，屬于顯示器技術。它至少包括輸入r[7:0](或g[7:0]、b[7:0])、hde(行)、vde(場)、pcik(時鐘)信號的邏輯處理電路，先入先出行存儲器0，先入先出行存儲器1，邏輯比較電路，邊緣增強系數產生模塊及邊緣增強處理邏輯電路構成。先入先出行存儲器0和先入先出行存儲器1均為以wr－en和rd－en信號控制其在時鐘信號的上升沿寫或讀的隨機存取存儲器。邊緣增強系數產生模塊由輸入信號為factor[7:0]和Sobel[12:2]、輸出信號為enhance[10:0]的多路轉換器組成。它增強了圖像的細節和層次感，電路簡單，運算速度快、功耗低，顯著改善了圖像質量。可廣泛應用于電視機、電腦等裝置的各種顯示器中。
文檔編號G09G5/00GK2626003SQ0321670
公開日2004年7月14日 申請日期2003年4月22日 優先權日2003年4月22日
發明者丁勇, 戰嘉瑾, 劉志恒, 陳永強, 何云鵬, 繆建兵 申請人:海信集團有限公司