专利名称：显示器数字图像的Sobel和Laplace边缘增强电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于显示器技术领域，更具体地说涉及显示器数字图像的边缘增强处理电路的改进。
背景技术：
图像增强电路是指按特定的需要突出图像中的某些信息，同时削弱或去除某些不需要的信息的处理方法。在数字图像的处理中，往往需要充分显示图像的细节。这就需要增强图像的边缘和灰度跳变的部分。所谓边缘就是指图像局部亮度变化最显著的部分。
已有的图像边缘增强处理的方法很多，如Sobel算子、Roberts算子、Robinson算子、Canny算子、LOG算子和Laplace算子等法。它们中有的对边缘的提取十分粗糙，有的电路十分复杂而且运算速度慢、功耗大，有的对噪音干扰非常敏感。
本实用新型的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种对图像边缘的提取和改善较精细，电路结构简单，运算速度快、功耗低，抗噪音干扰能力强的显示器数字图像的Sobel和Laplace边缘增强电路。
发明内容
为了达到上述目的，本实用新型至少包括输入r[7:0](或g[7:0]、b[7:0])、hde(行)、vde(场)、pcik(时钟)信号的逻辑处理电路，与逻辑处理电路连接的先入先出行存储器0，与先入先出行存储器0连接的先入先出行存储器1，与先入先出行存储器1和阈值信号(threshold)连接的逻辑比较电路，与逻辑比较电路和factor(增强等级)[7:0]信号连接的边缘增强系数产生模块以及与边缘增强系数产生模块、逻辑处理电路和逻辑比较电路连接的边缘增强处理逻辑电路。本电路的输出信号为new[7:0]，即边缘增强后的图像数据。其中r[7:0](或g[7:0]、b[7:0])为输入图像数据，factor[7:0]为用户设置的边缘增强系数(建议设置为1)，threshold[11:0]为用户设置的判断是否进行边缘增强的阈值(建议设置为60)。hde、vde分别为输入图像的行、场data enable(使能数据)信号。Pcik为时钟输入。
先入先出行存储器0和先入先出行存储器1均为输入R、G、B信号的fifo0 in[7:0]、输出R、G、B信号的fifo0 out[7:0]，以wr-en和rd-en信号控制其在时钟信号的上升沿写或读的随机存取存储器。rd-en信号依次与加法器、D触发器连接处理后输入随机存取存储器，wr-en信号依次与加法器、D触发器连接处理后输入随机存取存储器。随机存取存储器的输出端经D触发器输出fifo0 out[7:0]。先入先出行存储器0和先入先出行存储器1用来存储顺序输入的两行图像数据，它们是利用Xilinx的工具软件ISE4的coregenerator产生并嵌入到电路中的。其控制信号wr-en和rd-en是由逻辑处理电路通过对hde、vde做leading-one处理并延时后相与得到，由它们分别控制先入先出行存储器0和先入先出行存储器1在时钟信号的上升沿写或读。逻辑比较电路将利用Sobel算子对输入图像R、G、B信号进行处理、计算出的梯度值与用户设定的threshold进行比较，确定是否图像的边缘、是否需要增强。
边缘增强系数产生模块由输入信号为factor[7:0]和Sobel[12:2]、输出信号为enhance[10:0]的多路转换器组成。用来产生不同增强等级(factor)的增强值。它可以根据用户设置的factor值来控制产生图像增强的强度，产生相应的增强因子enhance。最后利用Laplace算子由边缘增强处理逻辑电路进行处理，判断是正边缘还是负边缘，确定增强方式，进行相应的增强。
数字图像灰度值的显著变化可用梯度来表示。本电路采用基于梯度法的Sobel算子和Laplace算子联合操作实现图像边缘的检测和增强。Sobel算子被认为是最佳的边缘检测算子。在不考虑噪音的情况下，Sobel算子取得的边缘信息误差不超过7度。
本实用新型提供了一种对图像边缘的提取和改善精细，电路结构简单，运算速度快、功耗低，抗噪音干扰能力强，图像质量得到明显改善的显示器数字图像的Sobel和Laplace边缘增强电路。它可广泛应用于电视机、电脑、监控器等装置的各种显示器中。
图1为本实用新型边缘增强的原理图。示意了Sobel算子和Laplace算子联合实现图像边缘增强的基本流程。
图2为本实用新型的电路原理图。由于R、G、B信号的处理方式一致，图中仅以R信号的处理为例。
图3为先入先出行存储器0和先入先出行存储器1的电路图。
图4为边缘增强系数产生模块的电路图。
具体实施方式
实施例1.一种显示器数字图像的Sobel和Laplace边缘增强电路，如图2所示。它至少包括输入r[7:0](或g[7:0]、b[7:0])、hde(行)、vde(场)、pcik(时钟)信号的逻辑处理电路(1)，与逻辑处理电路(1)连接的先入先出行存储器0(2)，与先入先出行存储器0(2)连接的先入先出行存储器1(3)，与先入先出行存储器1(3)和阈值信号(threshold)连接的逻辑比较电路(4)，与逻辑比较电路(4)和factor[7:0]信号连接的边缘增强系数产生模块(5)以及与边缘增强系数产生模块(5)、逻辑处理电路(1)和逻辑比较电路(4)连接的边缘增强处理逻辑电路(6)所构成。
图3所示，先入先出行存储器0(2)和先入先出行存储器1(3)均为输入R、G、B信号的fifo0 in[7:0]、输出R、G、B信号的fifo0 out[7:0]，以wr-en和rd-en信号控制其在时钟信号的上升沿写或读的随机存取存储器(7)。其rd-en信号(9)依次与加法器(10)、D触发器(11)连接处理后输入随机存取存储器(7)。wr-en信号(12)依次与加法器(13)、D触发器(14)连接处理后输入随机存取存储器(7)。随机存取存储器(7)的输出端经D触发器(15)输出fifo0 out[7:0]。
图4所示，边缘增强系数产生模块(5)由输入信号为factor[7:0]和Sobel[12:2]、输出信号为enhance[10:0]的多路转换器(8)组成。
图1示出了其基本原理。图中F(x，y)、G(x，y)分别为输入、输出数据，enhn为边缘增强系数。当Sobel(F(x，y))＜Threshold(阈值)时认为不是边缘，不经过处理直接输出；当Sobel(F(x，y))＞Threshold时认为是边缘，求出增强因子enhance。再经过Laplace求出拐点判断增强的方式，当Laplace(F(x，y))＞0，G(x，y)＝F(x，y)+enhance，即图像灰度值提升；当Laplace(F(x，y))＜0，G(x，y)＝F(x，y)-enhance，即图像灰度值削弱；当Laplace(F(x，y))＝0，G(x，y)＝F(x，y)，即不进行边缘增强处理，直接输出。
实施例1增强了图像的细节和层次感，电路结构简单，运算速度快、功耗低，抗噪音干扰能力强，显著改善了图像质量。它可广泛应用于电视机、电脑、监控器等装置的各种显示器中。
权利要求1.一种显示器数字图像的Sobel和Laplace边缘增强电路，它至少包括输入r[7:0]或g[7:0]或b[7:0]之一、hde行信号、vde场信号、pcik时钟信号的逻辑处理电路，与逻辑处理电路连接的先入先出行存储器0，与先入先出行存储器0连接的先入先出行存储器1，与先入先出行存储器1和阈值信号threshold连接的逻辑比较电路，与逻辑比较电路和factor[7:0]信号连接的边缘增强系数产生模块以及与边缘增强系数产生模块、逻辑处理电路和逻辑比较电路连接的边缘增强处理逻辑电路，其特征在于所说的先入先出行存储器0和先入先出行存储器1均为输入R、G、B信号的fifo0 in[7:0]、输出R、G、B信号的fifo0 out[7:0]，以wr-en和rd-en信号控制其在时钟信号的上升沿写或读的随机存取存储器，rd-en信号依次与加法器、D触发器连接处理后输入随机存取存储器，wr-en信号依次与加法器、D触发器连接处理后输入随机存取存储器，随机存取存储器的输出端经D触发器输出fifo0 out[7:0]。
2.按照权利要求1或2所述的显示器数字图像的Sobel和Laplace边缘增强电路，其特征在于所说的边缘增强系数产生模块由输入信号为factor[7:0]和Sobel[12:2]、输出信号为enhance[10:0]的多路转换器组成。
专利摘要一种显示器数字图像的Sobel和Laplace边缘增强电路，属于显示器技术。它至少包括输入r[7:0](或g[7:0]、b[7:0])、hde(行)、vde(场)、pcik(时钟)信号的逻辑处理电路，先入先出行存储器0，先入先出行存储器1，逻辑比较电路，边缘增强系数产生模块及边缘增强处理逻辑电路构成。先入先出行存储器0和先入先出行存储器1均为以wr－en和rd－en信号控制其在时钟信号的上升沿写或读的随机存取存储器。边缘增强系数产生模块由输入信号为factor[7:0]和Sobel[12:2]、输出信号为enhance[10:0]的多路转换器组成。它增强了图像的细节和层次感，电路简单，运算速度快、功耗低，显著改善了图像质量。可广泛应用于电视机、电脑等装置的各种显示器中。
文档编号G09G5/00GK2626003SQ0321670
公开日2004年7月14日 申请日期2003年4月22日 优先权日2003年4月22日
发明者丁勇, 战嘉瑾, 刘志恒, 陈永强, 何云鹏, 缪建兵 申请人:海信集团有限公司