I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   9 ,   No .   3 Ma r ch   2 0 1 8 p p .   731 ~ 741   I SS N:  2502 - 4752 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ee cs . v 9 . i3 . p p 7 3 1 - 741          731       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   Modi f i ed   P i x el s   based   F ast   Me di an   Fil ter   in   Im p ul se   N oi se   E n vi r o n m en ts       M a n   H ee   L ee   a nd   So o   Y o un g   Sh i n   De p a rtme n o f   IT   Co n v e rg e n c e   E n g in e e rin g   W irele ss   a n d   Em e r g in g   Ne t w o rk   S y ste m   ( W ENS L a b .   Ku m o h   Na ti o n a In stit u te  o f   T e c h n o lo g y ,   G u m i,   S o u t h   Ko re a ,   3 9 7 11       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   9 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   No v   2 0 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Dec  2 1 ,   2 0 1 7       T h is  p a p e p ro p o se a   m o d if ied   p ix e l - b a se d   f a st  m e d ian   f il ter  (M P - F M F f o im p u lse   n o ise   e n v iro n -   m e n ts.     T h e   k e y   id e a   b e h in d   M P - F M F   is  th e   re d u c ti o n   i n   t h e   p r o c e ss in g   ti m e   b y   u sin g   m o d if ied   p ix e ls.     It  c o n sists   o th re e   ste p s,  n a m e l y ,   e rro d e tec ti o n ,   th re sh o l d   d e c isio n ,   a n d   n o ise   m it ig a ti o n .   T h e   p re se n c e   o f   n o ise   is   d e tec ted   b y   u sin g   m o d if ied   p ix e ls  th a t   in c l u d e   a   c y c li c   re d u n d a n c y   c h e c k   (CRC f u n c ti o n .   S u b se -   q u e n tl y ,   th e   th re sh o l d   v a lu e a re   d e c id e d   b y   e sti m a ti n g   th e   n o ise   d e n sity .   F o n o ise   m it ig a ti o n ,   c o rru p te d   p ix e ls  a re   c o rre c ted   w it h   th e   n e ig h b o ri n g   p ix e ls  b a se d   o n   t h e   p rin c i p le  o f   th e   m e d ian   f il ter.  T h e   M P - F M F   h a a   f a st  p ro c e ss in g   ti m e   a n d   p ro v id e im a g e   q u a li ty   c o rre c ti o n   a n d   i n tro d u c e f e a tu re w h e n   th e   n o ise   d e n sity   is   h ig h .   In   a d d it i o n ,   w e   in tro d u c e   a   n e e v a lu a ti o n   m e tri c   a n d   in v e stig a te t h e   p e rf o r m a n c e   o f   th e   p ro p o se d   a lg o rit h m   in   term s o f   th e   q u a li ty ,   f e a tu re s,  a n d   c o m p u tati o n   ti m e .   .   K ey w o r d s :   P ix el  Mo d if icatio n   C y cl ic  R ed u n d an c y   C h ec k   ( C R C )   I m p u l s No is e   Me d ian   Fil ter   ( MF)   No is e   Miti g atio n     Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   So o   Yo u n g   Sh i n ,   Dep ar t m en o f   I T   C o n v er g e n c E n g i n ee r in g   W ir eles s   an d   E m er g i n g   Net w o r k   S y s te m   ( W E NS) ,   L ab .   Ku m o h   Nat io n al  I n s tit u te   o f   T ec h n o lo g y ,   Gu m i,  So u t h   Ko r ea d ,   3 9 7 1 1 .   E m ail:  w d r ag o n @ k u m o h . ac . k r       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   d r am atic   d e v elo p m e n t   in   b o th   I n te r n et   a n d   w ir eless   co m m u n icat i o n s   h a s   r es u lted   i n   i m ag e s   a n d   v id eo s   b ein g   t r a n s m it ted   w ir eless l y .   N u m er o u s   m u lti m ed i a   a p p l i c a t i o n s   s u c h   as   e n ter -   tain m e n t,   v id eo   su r v eilla n c e ,   a n d   m ed ical   i m a g in g ,   t h at   ar e   p r i m a r il y   b ased   on   i m ag e s   a n d   v id eo s   ar e   th r i v i n g   in   p r o p o r tio n   to   th e   in cr ea s i n n u m b er   of   h a n d - h eld   I n te r n et   d e v ices   s u c h   as   s m a r p h o n e s   an d   ta b l et s .   Am o n g   t h ese   ap p licatio n s ,   v i s u al   s ig n al   p r o ce s s in g   is   g ai n i n g   i n cr ea s e d   at -   ten t io n   f or   h an d li n g   v is u al   in f o r m atio n   t r an s m i s s io n s   o v er   er r o r - p r o n e   w ir ele s s   co m m u n icatio n s .   O w i n g   to   th e   n at u r e   of   w ir eles s   t ec h n o lo g ie s ,   n o i s e   h an d li n g   is   o n e   of   th e   p r i m a r y   is s u e s   f or   v is u al  in f o r m atio n ,   pa r tic u la r ly   in   i m ag e   p r o ce s s i n g   ar ea s ,   s u ch   as   ac q u is itio n   an d   t r an s m is s io n .   No is e   is   a   kn o wn   p h e n o m e n o n   in   i m ag e   p r o ce s s i n g   t h a t   f r eq u e n tl y   ca u s es   d ata   co r r up -   tio n .     Am o n g   co m m o n   n o is e   co n t r i b u to r s ,   i m p u ls e   n o i s e   is   also   kn o wn   f or   its   v ital   r o le   in   p r e -   p r o ce s s in g   s tep s   It   r esu lt s   in   d ea d   pi x el s ,   er r o r   in   d ata   t r an s m is s io n ,   m alf u n ct io n   o f   pi x el   ele -   m e n t s   in   ca m e r a   s e n s o r s ,   an d   ti m i n g   er r o r s   du r in g   th e   p r o ce s s .   [1 - 3]   V a r io u s   m et h o d s   h av e   b ee n   d ev elo p ed   to   r e m ov e   th e   un w a n ted   co m p o n e n t,   i. e .,   i m p u ls e   n o is e   f or   a   d e v ice   or   p r o ce s s V a r io u s   i m a g e   p r o ce s s i n g   m et h o d s   s u ch   as   co m p r es s io n ,   f ilte r i n g ,   r o tatin g ,   s ca li n g ,   an d   av er -   a g i n g   h av e   b ee n   p r o p o s ed   to   re c ov er   th e   o r ig i n al   i m a g e s .   In   pa r ticu la r ,   f ilte r i n g   pr o v id e s   b etter   q u alit y   v is u al s   an d   ov er co m es   th e   n o is e   p r o b le m .   T h e   d etails   of   t h is   ar e   m e n tio n ed   in   [ 4 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  9 ,   No .   3 Ma r ch   2 0 1 8   :   7 3 1     7 4 1   732   A l g o r ith m s   f o r   f ilte r i n g   f o r   ac h i e v i n g   b etter   r esu lt s   h av e   alr ea d y   b ee n   s u g g e s ted   in   d ig ital     i m a g e   p r o ce s s i n g .   So m e   of   t h e   alg o r it h m s   ar e:   s ta n d ar d   m e d ian   f ilter   ( SM F)   [ 5 ] ,   w e ig h t ed   me -   d ian   f ilter   ( W MF)   [ 6 ] ,   ce n ter   w ei g h ted   m ed ia n   f il ter   ( C W MF)   [ 7 ] ,   s w itc h in g   w ei g h ted   m ed ia n   f ilter   ( SW MF)   [ 8 ] ,   r ec u r s i v e   m ed ia n   f ilter   ( R M F )   [ 9 ] ,   an d   ite r ati v e   m ed ia n   f i lter   ( I MF)   [ 1 0 ] .   M o s t   of   th e   alg o r ith m s   u s e   a   n o n li n ea r   ap p r o ac h   to   av o id   c ases   in   w h ic h   n o is e   is   n o t   ad d iti v e   an d   a   li n ea r   f il ter   f ail u r e   o cc u r s .   T h is   is   th e   s a m e   f or   co nv en ti o n al   ap p r o ac h es   in   w h ic h   t h e   p r o ce s s in g   ti m e   i n cr ea s e s   w i t h   t h e   si z e   or   r eso lu t io n   of   t h e   i m a g e   T h is   is   b ec au s e   h i g h - q u alit y   i m ag es   in cr ea s e   t h e   p r o ce s s i n g   ti m e .   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   a tte m p t s   to   s o lv e   t h is   p r o b le m   b y   e x p lo itin g   m o d if ied   p i x els   f o r   d etec ti n g   co r r u p ted   p ix el s .     T h SMF  h as  to   b m o d i f ied   an d   r ec o n f i g u r ed   to   f o r m u la te  n e w   m et h o d o lo g y   f o r   co r r ec tin g   th i m a g q u alit y .   T h co m b in atio n   o f   d etec tio n   an d   co r r ec tio n   p r o -   d u ce s   i m a g f ea t u r es.  W in tr o d u ce   n e w   ev a lu at io n   m etr ic  a n d   i n v e s ti g ate  th e   p er f o r m an ce   o f   th e   p r o p o s ed   alg o r ith m   o n   t h b as is   o f   q u a li t y ,   f ea t u r in g ,   a n d   co m p u tatio n   ti m e.   T h s ig n i f ica n t c o n tr ib u tio n s   o f   th i s   p ap er   ar as f o llo w s :   a.   T h q u alit y   o f   t h p r o p o s ed   alg o r ith m   i s   e n s u r ed   b y   i m ag e   q u alit y   as s es s m e n t   ( I QA ) .   T h is   is   s h o w n   i n   d etail  f o r   t w o   ca te g o r ies:   p ix el   b ased   an d   h u m an   v i s u al  s y s te m   ( HVS)   b as ed   I QA .   b.   A   f ast p r o ce s s i n g   ti m is   ac h ie v ed   co m p ar ed   to   o th er   alg o r ith m s : M F a n d   A MF.   c.   A   n e w   e v al u atio n   tech n iq u i s   in tr o d u ce d   f o r   ex a m i n i n g   th ef f ec o f   v ar y in g   t h w i n d o w   s ize  w i th   s tatic  i m ag r eso l u tio n .   T h r est  o f   t h is   p ap er   is   o r g a n ized   as  f o llo w s :   Sec tio n   2 .   b r i ef l y   i n tr o d u ce s   t w o   t y p es   o f   f i lter s   a n d   ev alu a tio n   tech n iq u es  f o r   th b ac k g r o u n d   ti  co m p ar w i th   co n v e n tio n al  alg o r it h m s .   I n   Sec tio n   3 ,   th d if f er e n s tep s   o f   t h p r o p o s ed   alg o r ith m   ar d escr ib ed er r o r   d etec tio n ,   th r esh o ld   d ec is io n ,   an d   n o i s m iti g atio n .   Fu r t h er m o r e,   n e w   e v alu a tio n   tec h n iq u is   e x p lain ed .   C o m p u ta -   tio n   ti m an d   f ea t u r in g   ar co n s id er ed   f o r   p er f o r m a n ce   e v alu a tio n .   T h r es u lt s   co n s id e r in g   th e s p ar a m eter s   ar d is c u s s ed   in   Sec tio n   4 .   Fin all y ,   t h co n cl u s io n s   o f   t h e   s tu d y   ar p r esen ted .       2 .           RE L AT E WO RK S   2 . 1 .       F ilte ring   a lg o rit hm   As  p r ev io u s l y   m e n tio n ed ,   v a r io u s   f ilter i n g   al g o r ith m s   h av b ee n   i n v esti g ated   to   r ec o v e r   i m a g es   f r o m   i m p u ls e   n o is e.     I n   t h is   s ec tio n ,   w e   d is c u s s   t w o   f ilter   alg o r it h m s ,   f o cu s in g   o n   t h ei r   ad v an ta g e s   an d   d is ad v an ta g es i n   d etail.   T h m ea n   f ilter   ( MF)   is   s i m p le  lin ea r   f i lter   th at  is   a n   ea s y   an d   in tu i tiv to   i m p le m e n t   alg o r ith m   f o r   s m o o th i n g   i m a g es.  T h e   co n ce p o f   t h M i s   to   r ep lace   ea ch   p i x el  i n te n s i t y   v a lu e   i n   a n   i m a g w i th   t h m ea n   o f   its   n eig h b o r in g   p ix e ls .   T h is   r ed u ce s   th a m o u n o f   v ar iatio n   i n   th i n te n s i t y   b et w ee n   t h p ix els;   h o w ev er ,   s i n g le  p ix el  w it h   v er y   u n t y p ical  v alu ca n   af f ec t th m ea n   s ig n i f ica n tl y .   T h m ed ia n   f i lter   is   n o n lin ea r   f ilter   th at  i s   also   ca lled   th s tan d ar d   m ed ian   f i lter   ( SM F).   I is   co n s is ten al g o r ith m   to   r e m o v i m p u l s n o is e.   T h v al u o f   th ce n ter   p ix e is   r ep lace d   b y   th m ed ia n   o f   t h n eig h b o r in g   p i x els  b ased   o n   th s ize  o f   th e   w i n d o w .   T h e   SMF  i s   e f f ec ti v at  lo w   n o i s es,  b u t   it  ca n n o d if f er e n tiate  b et w ee n   co r r u p ted   an d   n o n - co r r u p ted   p ix el s .   T h ad ap tiv m ed ia n   f ilter   ( A M F)  is   d es ig n ed   to   s o l v t h is s u t h at  SMF  f ac es.    T h d if f er e n ce   b et w ee n   b o th   th f il ter s   is   t h at  A MF  h as  v ar iab le  w in d o w   s ize  s u r r o u n d in g   ea ch   c en ter   p ix el  a n d   it   lev er ag e s   th ce n ter   p ix el   b as ed   o n   th th r es h o ld .   T h er ef o r e,   A MF  h as  b ee n   ap p lied   b r o a d ly   a s   an   ad v a n ce d   alg o r ith m   o f   M F b ec au s it c a n   r ed u ce   d is to r tio n s   s u c h   as e x ce s s i v th i n n i n g   o r   th ic k e n i n g   o f   o b j ec t e d g es.     2 . 2 .       E v a lua t io n t ec hn iqu es   T o   m ea s u r t h q u alit y   o f   t h i m a g e s ,   I QA   i s   ex p lo ited ,   an d   it  is   b r o ad ly   cla s s i f ied   in to   t w o   ca teg o r ies:   p i x el   b ased   an d   HVS  b ased .   Fo r   p ix el   b ased   I QA ,   th e   p ea k   s i g n a l - to - n o is e   r atio   ( P SNR )   a n d   w ei g h ted   P SNR   ar t w o   r ep r esen tat iv e   I Q A   m o d els  t h at   a r ex p r ess ed   i n   d B .   Fo r   H SV   b ased   I Q A ,   m u lti - s ca le  s tr u ct u r al  s i m ilar it y   ( M S - S SIM ) ,   u n i v er s al   q u alit y   in d ex   ( UQI ) ,   an d   f ea t u r s i m il ar it y   ( F SIM )   h a v e   p r o v id ed   im a g q u alit y   ac co r d in g   to   h u m an   p er ce p tio n .     I m u s h a v m a x i m u m   u n it  v alu w h ile  m a k i n g   d if f er e n t c o n tr ib u tio n s   in   t h v ie w   o f   I Q A .   T h P SNR   is   th r atio   b et w e en   th m a x i m u m   o r ig i n al  p o w er   an d   co r r u p tin g   n o is p o w er ,   an d   it   o p er ates  d ir ec tly   o n   t h i n ten s it y   o f   th e   i m a g e.   T h w ell - k n o w n   P SNR   is   u s u all y   ap p lied   t o   s in g le  c h an n el.     W P SNR   is   a n   e x te n d ed   v er s i o n   o f   P SNR   to   co p w ith   t h e   li m i tatio n   o f   h a v i n g   m u l tip le   w eig h ti n g   f ac to r s .   T h ese  w ei g h t c o ef f icie n ts   ar p r o v id ed   f o r   th r ee   d if f er en t c o lo r   ch an n e ls   [ 1 1 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Mo d ified   pi x els   b a s ed   F a s t   Med ia n   F ilter   in   I mp u ls e   N o is e   E n viro n men ts   ( Ma n   Hee   Lee )     733       Fig u r e   1.   S y s te m   m o d el   of   th e   m o d i f ied   pi x el s       T o   m ea s u r t h e   q u ali t y   of   t h e   i m ag e s ,   I Q A   is   e x p lo ited ,   an d   it   is   b r o ad ly   cla s s i f ied   in to   t w o   ca teg o r ies:   pi x el   b ased   an d   HVS   b ased .   F or   pi x el   b ased   I QA ,   t h e   p ea k   s i g n al - to - n o is e   r atio   ( P SNR )   an d   w ei g h ted   P SN R   ar e   t w o   r ep r esen tat i v I Q A   m o d els   t h at   a r e   e x p r es s ed   in   d B .   F o r   H SV   b ased   I QA ,   m u lti - s ca le   st r u ct u r al   s i m ila r it y   ( M S - S SIM ) ,   u n i v er s al   q u alit y   i n d e x   ( UQI ) ,   an d   f ea t u r e   s i m il a r it y   ( FS I M)   h a v e   pr o v id ed   im a g e   q u alit y   ac co r d in g   to   h u m a n   p er ce p tio n .     It   m u s h a v e   a   m a x i m um   u n it   v alu e   w h i le   m a k in g   d if f er en t   co n t r i b u tio n s   in   t h e   vi e w   of   I Q A .   T h e   P SNR   is   t h e   r atio   b et w e en   t h e   m a x i m um   o r i g i n a l   p o w er   an d   co r r u p tin g   n o is e   p o w e r ,   an d   it   ope r ates   d ir ec tly   on   t h e   i n te n s it y   of   th e   i m a g e .   T h e   w e l l - kn o wn   P SNR   is   u s u al l y   ap p lied   to   a   s in g le   ch an n el.   W P SNR   is   an   e x t en d ed   v er s io n   of   P SNR   to   co p e   w it h   t h e   li m ita tio n   o f   h a v in g   m u ltip le   w ei g h ti n g   f ac to r s .   T h ese   w eig h t   co ef f icien ts   ar e   pr o v id ed   f or   th r ee   d if f er en t   co lo r   ch an n el s   [ 1 1 ]   MS - SS I is   an   e x ten s io n   o f   SS I M,   h a v i n g   m o r e   fl e x ib ilit y   f or   v a r y i n g   t h e   vi e w i n g   co n d i -   tio n s .   Fu r t h e r m o r e ,   UQI   is   e x p r ess e d   as   a   co m b i n atio n   of   th r ee   f ac to r s ,   n a m el y ,   lo s s   of   co r r e -   latio n ,   lu m i n an ce   d is to r tio n ,   an d   co n t r as t   d is to r tio n .   It   e x h ib its   a   b etter   p er f o r m a n ce   th a n   m ea n   s q u ar e   er r o r   ( MSE ) .   L astl y ,   FS I M   is   b ased   o n   l o w - l e v el   f e atu r e s .   I n   p a r tic u la r ,   p h ase   co n g r u e n c y   is   u s ed   as   t h e   p r i m a r y   f ea tu r e ,   an d   it   is   a   d i m e n s io n less   m ea s u r e   of   s i g n i f ica n t   lo ca l   st r u ct u r e   [ 1 2 ,   1 3 ]       3 .          M O DIFIE D   PI X EL - B ASE D   F AS T   M E DIAN   F I L T E R   ( M P - F M F )   3 . 1 .       M o dified   Pi x el   In   th i s   s ec tio n ,   w e   h a v e   p r o p o s ed   a   m o d if ied   pi x el   f or   m o d if y i n g   t h e   o r ig i n al   pi x el   f o r m at  b e f o r e   t r an s m i s s io n .   T h is   is   a   m an d ato r y   s tep   f or   ap p ly i n g   t h e   p r o p o s ed   alg o r ith m .   T h e   s y s te m   m o d el   of   t h e   m o d i f ied   pi x el s   is   sh o wn   in   Fi g u r e   1.   L et   us   a s s u m e   t h at   i   ×   j   si z o f   i m ag e   h as   i   ×   n u m b er   of   pi x el s .   It   is   d ef in ed   t h at   th e   ce n ter   pi x el   is   e x p r ess ed   as   P   ( x,   y )   an d   th e   n eig h b o r in g   p i x el s   ar e   r ep r esen ted   b y   P   to   P 8     A   pi x el   is   e x p r ess ed   as   8   b its   in   t h e   b i n a r y   s y s te m .     W co n s id er   t h e   least   s i g n i f ica n t   b it   ( L SB )   to   g en e r ate   t h e   c y c lic  r ed u n d a n c y   c h e c k   ( C R C )   co d e   in   a   p i x el   w it h   n   p o l y n o m ial s .   T h e   len g t h   of   t h e   p o ly n o m ia l   af f ec t s   t h e   len g t h   of   L SB   t h at   is   e x p r ess ed   in   8     n/ 3   b it s .   T h e   co d e   r ate   is   th e   s a m e   as   w it h   no r m al   pi x e ls   b ec au s e   b in a r y   b its   ar e   en co d ed   in   th e   r an g e   of   L SB   w it h   p o l y n o m ial   n .   W h en   t h e   p r o p o s ed   pi x el   is   ap p lied   to   th e   ed g e   pi x el s ,   e xt r a   pi x el   in f o r m a tio n   is   r eq u ir e d .   I n   th e   SM F ,   t h e   ed g e   pi x el s   ar e   n ot   all o w ed   to   p er f o r m   f il te r in g   o win g   to   t h e   la c k   of   n ei g h b o r in g   p i x el s .   H o w e v e r ,   an   e x te n d ed   m a s k   f or   th e   i m a g e   f or   e v e r y   ed g p i x el  i s   s u g g ested   in   th is   p ap er   to   co p e   w ith   t h is   li m itatio n .   T h is   co n ce p t   of   an   e x ten d ed   m ask   is   m e n tio n ed   in   [ 1 4 ] .   T h e   im ag e   is   s u r r o u n d ed   w it h   z er o   v alu e   of   pi x el s   as   an   e x ten d ed   m a s k ,   as   sh o wn   in   Fig u r e   2.   T h e   si z e   of   th e   e x ten d ed   m a s k   is   d en o ted   as   ( i   +   2)   ×   ( j   +   2 ) .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  9 ,   No .   3 Ma r ch   2 0 1 8   :   7 3 1     7 4 1   734       Fig u r e   2.   E x ten d ed   m as k   f or   an   i m ag e       3 . 2 .   P r o po s ed   Alg o rit h m   MP - FMF   u s es   an   e x te n d ed   m ask   of   ( i   +   2)   ×   ( j   +   2)   si z e   an d   ap p lies   th e   C R C   co d e   f o r   d etec tin g   th e   er r o r   pi x el s .   C e n ter   pi x el   P   ( x,   y )   is   r ep lace d   w it h   t h e   m ed ian   v a lu e   of   t h e   n ei g h b o r in g   p i x el s   w h en   an   er r o r   pi x el   is   d etec ted   b y   t h e   C R C   co d e .   T h f o llo w in g   ar e   th e   s tep s   o f   t h MP - FMF  a lg o r it h m   as   r ep r esen ted   f r o m   t h r ec eiv er   s id e :   1.   T h e   alg o r ith m   i m p l e m e n t s   t w o   ite r atio n s .   I n   th e   f ir s t   ite r atio n ,   t h e   o r ig i n al   pi x els   ar e   r esh ap ed   f or   th e   m o d i f ied   pi x el s ,   an d   ea c h   pi x el   is   is o lated   w i th   in f o r m at io n   b it s .   Am o n g   th ese   b it s ,   L SB   2   b its   of   each   pi x el   ar e   s u b t r ac ted   an d   e x p lo ited   to   en co d e   th e   o r ig i n al   b it s   u s in g   p o l y n o m ial.   2.   If   a   pi x el   h as   an   er r o r ,   th en   t h e   v al u e   of   t h e   co r r es p o n d in g   pi x el   is   p r o ce s s ed   f r o m   t h r ec ei v ed   i m a g e   w it h   m ed ia n   f ilte r in g   h a v i n g   er r o r   d etec ted   ma r k s .   T h e   r ep lace d   pi x el   ca n   b e   r ep r esen ted   as     P   ( x,   y )   =   m e d ( W 1   P 1   ,   ·   ·   ·    ,   W 8   P 8   )                 ( 1 )                   ( 2 )     w h er e   W   is   t h e   k t   er r o r   d etec ted   ma r k   a n d   m e d ( · )     is   th e   m ed ian   f u n ct io n .     T h e   er r o r   d etec te d   ma r k   is   u s ed   f or   in tr o d u ci n g   an   e x p r ess io n   on   th e   co r r u p ted   pi x el s .   3.   T he   s ec o n d   ite r at io n   p r o ce s s   is   ap p lied   to   gr ab   t h e   fi c k le   v alu es   o n   t h e   pi x els   t h at   ar e   er r o r   p i x el s .   MP - FMF   w o r ks   b y   t h e   s a m e   p r o ce s s   as   t h e   f ir s t   ite r atio n   as   f o ll o w s :     P (   x,   y )   =   m e d ( W 1   P 1   ,   ·   ·   ·    ,   W 8   P 8     if   P   ( x,   y )   <   P th           ( 3 )     w h er e   P th   d en o tes   t he   th r e s h o l d   v alu e   f or   s u p p r ess i n g   t h e   i m p u ls e   n o is e .   O v e r all,   MP - FMF   h as   th r ee   s t ep s :   er r o r   d etec tio n ,   th r esh o ld   d ec is io n   a n d   n o is e   m iti g a tio n .   In   th e   f ir s t   ite r at io n ,   t h e   p r o p o s ed   a lg o r ith m   h as   a   f u n ctio n a lit y   f or   d etec tin g   t h e   co r r u p ted   p i x el s .   I n   th e   s ec o n d   ite r atio n ,   it   s u p p r ess e s   th e   fi c k le   n o i s e   f o r   th e   d ec is io n .   T h e   co m b i n atio n   o f   t h e   t w o   ite r atio n s   ac h i e v es   m iti g atio n   of   t h e   i m p u ls e   n o is e   f r o m   t h e   i m a g e .     3 . 3 .       N e w   e v a lua t io n   te c hn iqu e:   p r o po r t io na l   c he c k   W e   n a m ed   t h e   n e w   e v a lu atio n   tech n iq u e   as   p r o p o r tio n al  c h e c k   in   ac co r d an ce   w it h   its   ch a r ac te r is t ic.   T h is   tec h n iq u e   is   d esc r ib ed   in   a   d i f f er en t   w a y   co m p ar ed   w it h   co n v e n tio n a l   e v al u -   atio n s   t h at   ar e   f o c u s ed   on   w i n d o w   si z e   f or   p er f o r m a n c e .   Us u all y   d if f er en t   w in d o w   si z es   can   b ad j u s ted   to   in cr ea s e   th e   p er f o r m a n ce   o f   f ilte r i n g .     In   th is   p ap e r ,   w e   s u g g est   t h at   th e   p r o p o s ed   e v al u atio n   tec h n iq u e   h as   a   s i m ilar   ef f ect   on   t h e   p er f o r m a n ce   b y   v a r y in g   t h e   w in d o w   si ze   T h s i m p le   p r o p o r tio n   m at h e m atic s   sh o wn   in     Fig u r e   3   can   be   r ep r esen ted   as   ( 4 ) .     Vi    : X i   W i   : Y i   Vj     : X j     W j   : Y j                 ( 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Mo d ified   pi x els   b a s ed   F a s t   Med ia n   F ilter   in   I mp u ls e   N o is e   E n viro n men ts   ( Ma n   Hee   Lee )     735   Y     X   V   F or   e x a m p l e ,   let   us   ass u m e   th at   th er e   ar e   t w o   d i f f er e n t   r eso l u tio n s   of   i m a g e s .   T h e   i m ag e   r eso lu tio n   of   512   ×   5 1 2   is   f o r   X i , j   a n d   256   ×   256   is   f or   Y i , j   ,   r esp ec t i v el y   W h en   w i n d o w   si z V i , j     is   s u p p o s ed   to   be   9,   th e   o th er   W i , j     ca n   be   ca lcu lated   as   3   w ith   t h e   ce il in g .   T h is   i m p lie s   th a th e   ef f ec o f   v a r y i n g   t h e   w in d o w   si z e   can   be   n o ticed   if   t h e   w in d o w   si z e   of   t h e   i m a g is   s tat ic  an d   v a r ies   w i th   th e   i m ag e   r eso l u tio n .       X i       Y i     V i   W i                         Fig u r e   3.   P r o p o r t on   tech n iq u e   f or   e v al u atio n   of   t h e   w i n d o w   si z e         4 .          E XP E RIM E NT AL   RE SUL T S   AN D   DI SCUS SI O N   I n   t h i s   s e c t i o n ,   w e   d e m o n s t r a t e   t h e   p e r f o r m a n c e s   o f   t h e   p r o p o s e d ,   M F ,   a n d   A M F   m e t h o d -   o l o g i e s ,   i . e . ,   w e   v e r i f y   t h e   e f f e c t i v e n e s s   i n   t e r m s   o f   q u a l i t y ,   c o m p u t a t i o n a l   t i m e ,   a n d   f e a t u r i n g .   I n   a d d i t i o n ,   w e   i n t r o d u c e   a   n e w   p e r f o r m a n c e   t e c h n i q u e   f o r   e x a m i n i n g   t h e   e f f e c t   o f   t h e   w i n d o w   s i z e   o n   t h e   f i l t e r i n g   a l g o r i t h m .   I n   F i g u r e   4 ,   w e   h a v e   u s e d   f o u r   s t a n d a r d   i m a g e s ,   n a m e l y ,   l e n a ,   a e r i a l ,   a i r p l a n e ,   a n d   p e p p e r s   t o   c o m p a r e   t h e i r   q u a l i t y   p e r c e p t u a l l y .   T h e   f i r s t   i t e r a t i o n   s h o w s   v a r i o u s   p i x e l s   c o n t a i n i n g   t h e   s a l t   a n d   p e p p e r   n o i s e ,   b u t   t h e   s e c o n d   i t e r a t i o n   o f   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   p r o d u c e s   a   v i e w   t h a t   i s   s i m i l a r   t o   M F   a n d   A M F .   T h e   r e s u l t s   h a v e   b e e n   d e r i v e d   f r o m   i m a g e   s i z e s   2 5 6   ×   2 5 6   w i t h   1 0 %   n o i s e   d e n s i t y .   In   Fig u r e   5,   w e   h a v e   p r ese n te d   each   f il te r in g   m et h o d   u n d er   t h r ee   co n d itio n s   of   n o is e   d en s it y   r an g i n g   f r o m   10%   to   3 0 %.   T o   be   s p ec if i c ,   a   can n y   ed g e   d etec to r   th a t   w as   d e v elo p ed   b y   J o h n   F .   C an n y   in   [ 1 5 ]   is   u s ed   to   cl ea r ly   sh o w   t h e   f ea t u r i n g   p er f o r m an c e .   W h e n   t h e   n o i s e   d en s it y   is   3 0 %,   th e   s ec o n d   ite r atio n   of   t h e   p r o p o s ed   m e th o d   sh o w s   a   s u p e r io r   p er f o r m a n ce   th a n   t h e   o th er   alg o r it h m s   in   te r ms   of   th e   f ea t u r i n g   q u al it y .     In   Fi g u r e   6,   a   n e w   ev al u atio n   m et r ic   is   p r ese n ted   to   co m p ar e   th e   ef f ect   o f   v a r y in g   th e   w i n d o w   s i ze .     T h e   i m a g e   r eso lu t io n   is   i n cr ea s ed   b y   t h r ee   s tep s   f r o m   128   ×  128   to   512   ×  5 1 2 ,   an d   th n o is e   d e n s it y   is   th e   s a m e   as   in   Fi g u r e   4.   It   can   be   s ee n   th at   d ec r ea s in g   t h e   r eso lu t io n   of   th e   i m ag e s   lead s   to   a   pe r p etu al   h i g h - q u alit y   p er f o r m a n ce   ac co r d in g   to   t h e   p r in cip le   of   th e   ef f ec t   of   in cr e asin g   w i n d o w   si ze .   T o   ev alu ate   th e   p r o p o s ed   alg o r ith m ,   w e   ca te g o r i z ed   t w o   I QAs:    pi x el   b ased   an d   HVS  b ased   th at  ar e   sh o wn   in   T a b le   1.   T h p r o p o s ed   m eth o d   h a s   8   dB   less   P S NR   an d   W P SNR   ( p i x el  b ase d )   u n d e r   s a m e   test   e n v ir o n m e n t s   as   sh o wn   in   Fi g u r e   4.   F or   MS - SS I M   a n d   F SIM   ( HVS   b ased ) ,   t h e   p r o p o s ed   m et h o d   h a s   le s s   0 . 0 6   e x ce p t   f or   th e   p ep p er s   im ag e .   F or   UQI ,   o n l y   th e   ae r ial   i m ag o f   th e   p r o p o s ed   m et h o d   h as   a   h i g h er   v al u e   th an   M F .   Gen e r all y ,   t h e   h i g h e s t   q u alit y   is   sh o wn   w it h   t h e   MF   an d   least   q u a lit y   w it h   th e   A MF   b ec au s e   t h e   MF   av e r ag es e ac h   pi x el   v al u e   an d   th e   A MF  r ed u ce s   th e   si z e   of   t h e   i m a g e   as   a   b uf f er   si ze .   Fin all y ,   t h e   co m p u tatio n   ti m e   is   o b tain ed   t h r o u g h   t h e   a n al y s is   of   t h e   to tal   si m u latio n   ti m e ,   as   sh o wn   in   F ig u r e   7 .   T h e   p r o p o s ed   a lg o r ith m   i n cl u d es   t h e   s tep s   of   d etec tin g   co r r u p ted   pi x el s   an d   ope r atin g   th e   SMF   p r in cip l e .     T h e   b lu e   b ar   r ep r esen ts   th e   p r o ce s s i n g   ti m e   of   co n v en tio n al  al g o r ith m s   a n d   th e   r ed   b ar   sh o ws   th e   p r o p o s ed   v a r y in g   i m a g e   si z e   f r o m   128   ×   128   to   512   ×   5 1 2 .   C o n v e n tio n al   al g o r ith m s   sh o w   an   e x p o n e n tial   in cr ea s e ,   w h ile   t h e   s ec o n d   ite r atio n   of   th e   p r o p o s ed   alg o r ith m   r eq u ir es   10   %   less   ti m e   on   i m a g e   si z e   512   ×   5 1 2 .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  9 ,   No .   3 Ma r ch   2 0 1 8   :   7 3 1     7 4 1   736         ( a)   MF         ( b )   A MF         ( c)   First iter atio n   o f   p r o p o s ed   alg o r ith m           ( d )   Seco n d   ite r atio n   of   p r o p o s ed   a l g o r i t h m     Fig u r e   4.   C o m p a r is o n   of   M F ,   AM F ,   an d   th e   p r o p o s ed   alg o r ith m                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Mo d ified   pi x els   b a s ed   F a s t   Med ia n   F ilter   in   I mp u ls e   N o is e   E n viro n men ts   ( Ma n   Hee   Lee )     737         Fig u r e   5.   No is e   v a r ian ce   co m p a r is o n   of   M F ,   AM F ,   an d   th e   p r o p o s ed   a l g o r i t h m                               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  9 ,   No .   3 Ma r ch   2 0 1 8   :   7 3 1     7 4 1   738       MF   A M F       P r o p   1 s t   P r o p 2 n d     ( a)   R eso lu tio n   512   ×   512         Fig u r e   6.   R es u lts   f or   v a r io u s   r eso lu tio n s   u s i n g   M F ,   AM F ,   an d   th e   p r o p o s ed   a l g o r i t h m                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Mo d ified   pi x els   b a s ed   F a s t   Med ia n   F ilter   in   I mp u ls e   N o is e   E n viro n men ts   ( Ma n   Hee   Lee )     739   T a b le   1.   C o m p a r is o n   of   t h e   e v alu atio n   tech n iq u e s   C o v er   i mag e   MF   A M F   P r o p   1 s t   P r o p   2 n d         L e n a   P S N R   [ d B ]     W P S N R   [ d B ]   2 9 . 5 4 2 8     3 0 . 8 8 2 0     0 . 9 8 5 5     0 . 8 5 2 7     0 . 9 4 8 3   1 5 . 2 1 4 8     2 1 . 1 8 1 5     0 . 9 4 2 6     0 . 6 9 9 4     0 . 8 0 5 7   1 7 . 6 4 3 7     2 7 . 7 6 0 1     0 . 8 1 4 8     0 . 3 5 8 1     0 . 7 5 8 6   2 5 . 2 5 5 1     3 0 . 1 9 8 6     0 . 9 5 0 7     0 . 6 5 2 7     0 . 9 0 3 7   MS - S S I M   U Q I   F S I M         Ae r i a l   P S N R   [ d B ]     W P S N R   [ d B ]   2 5 . 2 9 6 0     3 1 . 3 9 5 6     0 . 9 5 4 5     0 . 7 0 2 0     0 . 8 7 9 7   1 5 . 1 9 5 6     2 1 . 8 7 9 1     0 . 8 6 8 6     0 . 4 9 8 1     0 . 6 5 8 9   1 8 . 2 2 2 5     2 9 . 6 7 5 4     0 . 8 6 2 9     0 . 5 3 4 7     0 . 8 4 3 3   2 6 . 0 9 8 8     3 2 . 0 9 5 5     0 . 9 7 2 7     0 . 8 5 0 4     0 . 9 4 0 3   MS - S S I M   U Q I   F S I M         Ai r p l a n e   P S N R   [ d B ]         W P S N R   [ d B ]   2 7 . 8 7 7 2     3 0 . 6 3 6 7     0 . 9 8 3 5     0 . 7 4 7 9     0 . 9 3 3 3   1 1 . 9 7 0 4     1 7 . 4 6 3 1     0 . 9 0 8 5     0 . 5 6 5 0     0 . 7 3 5 2   1 5 . 5 1 3 5     2 6 . 3 2 0 0     0 . 6 9 1 1     0 . 2 7 0 0     0 . 7 1 5 0   2 4 . 5 8 3 1     3 1 . 2 9 6 0     0 . 9 3 1 4     0 . 5 7 9 1     0 . 8 9 7 8   MS - S S I M   U Q I   F S I M         P e p p e r s   P S N R   [ d B ]         W P S N R   [ d B ]   3 0 . 3 1 7 1     3 5 . 8 7 0 0     0 . 9 9 0 7     0 . 8 4 8 9     0 . 9 5 9 6   1 4 . 7 4 8 0     2 0 . 6 3 8 2     0 . 9 4 8 2     0 . 6 8 0 4     0 . 8 0 2 8   1 8 . 0 4 3 5     2 8 . 0 8 0 5     0 . 8 3 1 4     0 . 3 7 5 2     0 . 7 6 7 2   2 3 . 8 0 6 2     3 1 . 4 0 6 2     0 . 9 3 5 3     0 . 6 1 0 1     0 . 8 7 3 7   MS - S S I M   U Q I   F S I M             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  9 ,   No .   3 Ma r ch   2 0 1 8   :   7 3 1     7 4 1   740     Fig u r e   7.   C o m p u ta tio n   t i m e   v a r y i n g   i m ag e   r e s o l u t i o n         5 .          CO N C L US I O NS   In   th is   s tu d y ,   w e   h a v e   d e m o n s t r ated   th e   u s e   of   m o d i f ied   pi x el - b ased   f as t   m ed ia n   f ilter   ( MP - FMF)   f or   i m p u l s e   n o is e   e n v ir o n m e n t s .   MP - FM F   is   d iv id ed   in t o   t w o   pa r t s ,   w h er e   t h e   f ir s t   is   f or   d etec tin g   co r r u p ted   pi x els   w it h   m o d i f i ed   pi x el s ,   a n d   th e   s ec o n d   is   f or   o v er co m i n g   t h e   fi c k le  n o is e   w i th   d ef i n ed   th r es h o ld   v al u e s .   T h er e f or e ,   it   e x h ib its   les s   d if f er en ce   of   a p p r o x i m atel y   8   d B   in   P SNR   an d   W P SNR   ( p i x el   b ased )   an d   of   0 . 0 6   in   MS - S SI an d   F SIM   ( HVS   b ased )   co m p ar ed   w i th   t w o   al g o r ith m s .   MF   an d   A MF   ar e   p r o ce s s ed   on   th e   en tire   pi x el s ,   e . g . ,   on   t h e   co m p lete   si z o f   t h i m a g e ,   th er e b y   i n cr ea s i n g   t h p r o ce s s i n g   ti m e   e x p o n e n tiall y .   MP - FM F   w o r ks   on   co r r u p ted   pi x els   an d   s u p p r ess es   u n s ta b le   n o is e s   T h er e f or e ,   it   sh o ws   a   lin ea r   i n cr ea s e   in   co m p u tatio n   ti m e .   In   th e   f u tu r e ,   a   s h if ti n g   w i n d o w   si z e   w ill   be   ap p li ed   to   in cr ea s t h e   i m a g e   q u ali t y   s i m ilar   to   A M F .   In   an o t h er   ap p r o ac h ,   a   co n d itio n al   s w i tch i n g   f ilter   b et w een   co n te m p o r a r y   alg o r ith m s   a n d   t h p r o p o s ed   al g o r ith m   b ased   on   v a r io u s   n o is e   e n v ir o n m e n t s   w ill   be   u ti li z ed .       A C KN O WL E D G E M E NT   T h is   r esear ch   w as s u p p o r ted   b y   B asic Scie n ce   R esear c h   P r o g r a m   t h r o u g h   t h Natio n al  R e s ea r ch   Fo u n d atio n   o f   Ko r ea ( NR F)  f u n d ed   b y   t h Mi n is tr y   o f   E d u ca tio n ( 2 0 1 5 R 1 D1 A 1 A 0 1 0 6 1 0 7 5 ) .       RE F E RE N CE S   [1 ]   R.   L a s k a r ,   B .   Bh o wm i c k,   R.   Bi s w a s ,   a n d   S .   Ka r ,   Re m o v al   of   i m p u lse   n o ise   f ro m   c o lo r   i m a g e ,   in   T ENCON   2 0 0 9 - 2 0 0 9   IE EE   Re g io n   1 0   Co n f e re n c e .       IEE E,   2 0 0 9 ,   p p .   1 5.   [2 ]   J.  Ha rik iran ,   B.   S a ich a n d a n a ,   a n d   B .   Div a k a r,   I m p u lse   n o ise   re m o v a in   d ig it a im a g e s,”   In tern a ti o n a Jo u rn a o f   Co m p u ter A p p li c a ti o n s   (0 9 7 5 8 8 8 7 V o lu m e ,   2 0 1 0 .   [3 ]   D.  He n d e rso n   a n d   R.   Ha m e rn ik ,   I m p u lse   n o ise c rit ica re v ie w ,   T h e   Jo u rn a o f   th e   A c o u stica l   S o c iet y   o Am e rica ,   v o l.   8 0 ,   n o .   2 ,   p p .   5 6 9 5 8 4 ,   1 9 8 6 .   [4 ]   J.  P a n g ,   S .   Z h a n g ,   a n d   S .   Zh a n g ,   A   m e d ian   f il ter  b a se d   o n   t h e   p ro p o rt io n   o f   th e   im a g e   v a ria n c e ,   i n   In f o rm a ti o n   T e c h n o lo g y ,   Ne t w o rk in g ,   El e c tro n ic  a n d   A u to m a ti o n   Co n tr o Co n f e r -   e n c e ,   IEE E.       IEE E,   2 0 1 6 ,   p p .   1 2 3 1 2 7 .   [5 ]   T .   Hu a n g ,   G .   Y a n g ,   a n d   G .   Tan g ,   A   fa st  t w o - d im e n sio n a m e d ian   f il terin g   a l g o rit h m ,   IEE T r a n sa c ti o n s   o n   A c o u stics ,   S p e e c h ,   a n d   S ig n a P r o c e ss in g ,   v o l.   2 7 ,   n o .   1 ,   p p .   1 3 1 8 ,   1 9 7 9 .   [6 ]   A .   R.   L o k h a n d e ,   M .   Da s,  a n d   D.   S a lu n k e ,   Ef f icie n re m o v a o f   i m p u lse   n o ise   a n d   a n a ly z e   p e rf o r m a n c e   o f   m e d ian   f il ter  a n d   c e n ter  w e i g h ted   m e d ian   f il ter,”  In tern a ti o n a Jo u rn a o f   En -   g in e e rin g   S c ien c e ,   v o l.   2 8 8 3 ,   2 0 1 6 .   [7 ]   S .   J .   K o   a n d   Y .   H.   Le e ,   Ce n ter   w e ig h ted   m e d ian   f il ters   a n d   th e ir   a p p li c a ti o n s   to   im a g e   en -   h a n c e m e n t ,   IEE E   T r a n s a c ti o n s   on   Circ u i ts   and   S y ste ms ,   v o l.   3 8 ,   n o .   9,   p p .   9 8 4 9 9 3 ,   S e p 1 9 9 1 .   [8 ]   O .   S .   F a r a g a ll a h   a n d   H.   M.   Ib r a h e m ,   A d a p ti v e   s w it c h in g   w e i g h ted   m e d ian   f il ter   f r am e w o r f or   su p p re ss in g   sa lt - a n d - p e p p e r   n o is e ,   AEU - In te r n a ti o n a l   J o u r n a l   of   E lec tro n ics   and   Co m -   m u n ic a ti o n s ,   v o l .   7 0 ,   n o .   8,   p p .   1 0 3 4 1 0 4 0 ,   2 0 1 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.