Design and implementation of a general purpose median filter unit in VLSI

Abstract

ÖZET GENEL AMAÇLI BİR ORTANCA SÜZGECİ BİRİMİNİN VLSI TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ Mustafa Karaman Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Yüksek Lisans Tez Yöneticileri: Yrd. Doç. Dr. Levent Onural ve Doç. Dr. Abdullah Atalar Ekim 1988 Tek sayıdaki verilerin oluşturduğu bir kümenin ortancası (medyanı), verilerin büyüklüklerine göre sıralanması ile elde edilen dizinin tam ortasındaki veri olarak tanımlanır. Bir ortanca süzgeci, girişindeki verilerin ortancasını bulur. Ortanca süzgeçleri, bir çok işaret ve görüntü işleme uygulamalarında kullanılmaktadır. Kenar keskinliğinin korunması ve impulsive gürültülerin iyi ayıklanması bu süzgeçlerin en önemli özelliklerindendir. Ortanca süzgeçlerinin gereken pencere büyüklüğü, hızı ve bit uzunluğu uygulamaya bağlı olarak değişmektedir. Bu değişen gereksinimleri karşılayabilmek için genel amaçlı bir ortanca süzgeci birimi önerilmiştir. Bu birim, iki tek yonga ortanca süzgecinden oluşmaktadır. Yongalardan biri, sınırsız bit uzunluğu ve daha büyük pencerelere genişletilebilecek şekilde diğeri ise on-line uygulamalarında kullamlabilecek hızlara erişebilecek şekilde tasarlanmıştır. Yongalarda kullanılan ağlar tek/çift degiştirimle sıralama yöntemine dayalıdır. Yongalar, full-custom VLSI tasarım teknikleri kullanılarak 3-/mı M2CMOS'da gerçekleştirilmiştir. Yongaların üretiminden sonra yapılacak testlerinde kullanılacak olan giriş işaretleri ve bunlara ait çıkış işaretleri bu amaçlar için yazılmış bilgisayar programlan yardımıyla elde edilmiştir. Bu tezde, söz konusu yongaların algoritmaları, VLSI gerçekleştirimleri, simülasyon sonuçları, testleri ve uygulamaları sunulmaktadır. Anahtar Kelimeler: Ortanca süzgeçleri, işaret ve görüntü işleme, işaret işleme donanımı, VLSI gerçekleştirim, VLSI test.

ABSTRACT DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A GENERAL PURPOSE MEDIAN FILTER UNIT IN VLSI Mustafa Karaman M.S. in Electrical and Electronics Engineering Supervisors: Asst. Prof. Dr. Levent Onural and Assoc. Prof. Dr. Abdullah Atalar October 1988 The median of a group, containing an odd number of elements, is defined as the middle element, when the elements of the group are sorted. A median filter finds the median of a number of elements at its inputs. Median filters are frequently used in many signal, and image processing applications for smoothing of the noisy signals and images while at the same time preserving the edge information. The required window size, speed, and the word length of the median filters vary depending on the applications. In order to meet these changing demands a general purpose median filter unit configuration is proposed. The unit consists of two single-chip median filters. One of the chips is designed for unlimited word-length and extensibility to larger window sizes whereas the other one is for real-time video applications. The networks of the chips are based on the odd/even transposition sorting. The chips are implemented in 3-f/,m M2CMOS by using full-custom VLSI design techniques. For physical testing of the chips, the test vectors and the corresponding outputs of the chips are generated by using software tools written for this purpose. In this thesis, the algorithms, VLSI implementations, simulation results, testing, and applications of the chips are presented. Keywords: Median filters, signal and image processing, signal processing hardware, VLSI implementation, VLSI testing. iv