[发明专利]一种基于多相滤波技术的自适应视频图像缩放引擎

说明书

                        技术领域

本发明属于数字视频图像处理与显示技术领域，设计视频图像缩放引擎，具体涉及一种基于多相滤波器的自适应视频图像缩放引擎。

                        背景技术

视频图像缩放引擎是视频显示处理系统中不可或缺的部分，它能够将多种多样不同格式分辨率的输入图像进行空间变换，放大或缩小到特定空间分辨率，以达到在目标尺寸大小的显示终端上进行显示回放的目的。早期的图像缩放设备大多是基于线性或三次插值算法，这些插值方法虽易于硬件实现，但其插值效果较差，经插值后的图像细节损失严重并常常伴有严重的振铃(ringing)噪声。随着数字视频技术的飞速发展和人们对多媒体显示产品日益增长的需求，视频图像缩放技术受到越来越广泛的重视和应用。与此同时，多媒体视频领域日益涌现出各种各样的视频格式分辨率，如QVGA、WXGA、1080P等，及多种多样的显示设备，如智能手机、MP4播放器、大尺寸平板电视等，都对视频缩放引擎提出了更多新的要求，如何设计一款支持众多分辨率缩放同时能够产生清晰、没有振铃噪声的图像的视频缩放引擎已经成为各大视频图像显示设备厂商的研究热点。

多相滤波技术是数字信号处理技术的重要一个分支，该理论认为所有带限数字信号经过插值、低通滤波和抽取后都可以变化到新的采样频率，在选择合适低通滤波器的情况下，甚至可以不损失原有信息地恢复出新采样率的信号来；同时，该理论还提出一种易于硬件实现的多相滤波器结构，该技术将上述低通滤波器分成若干相位分别进行滤波操作，节省了硬件开销，简化了滤波器的设计，申请人将该技术应用于视频图像缩放领域，为设计新型的图像缩放引擎带来了方便。

                        发明内容

本发明的目的在于，提供一种可用于各种视频显示设备的高质量图像缩放引擎。该图像缩放引擎采用一种基于多相滤波技术的自适应插值方法，首先对图像内容进行分析，然后根据各像素点的特性进行自适应插值计算，最终获得清晰无噪声的图像。其中最为核心的插值滤波器采用了多相结构进行组织设计，该滤波器根据输出周期的变化滤波器系数，计算所需结构，这种时分复用的结构节省资源，非常易于硬件实现。同时，本发明还提出了一种基于块的并行图像数据存储结构，采用此数据组织结构后，发明将水平放大与缩小单元集成入了统一运算单元，用单一滤波器同时实现了图像上下缩放变换，简化了结构又节省了硬件资源开销。

为了实现上述任务，本发明采取如下的解决技术方案：

一种基于多相滤波技术的自适应视频图像缩放引擎，其特征在于，该图像缩放引擎内部结构包括：

一输入图像内容分析模块，它包括降噪滤波器、边缘检测器和振铃估计器，用于对输入视频图像进行噪声消除预处理，边缘分析，提取粗略边缘和细节，去除孤立噪声点；最后进行振铃噪声预测计算；

噪滤波器用于对输入视频图像进行噪声消除预处理，获得干净稳定的图像序列供后续图像检测分析使用，降噪滤波器采用非线性高斯滤波器；

边缘检测器，用于对输入图像进行边缘分析，提取粗略边缘和细节(图像高频信息)；然后经过一系列形态学操作，如边缘腐蚀、膨胀对提取的边缘图像进行进一步精细后处理，去除孤立噪声点；

振铃估计器，用于对振铃噪声预测计算；

一存储器读写控制模块，包括写控制模块、行存阵列和读控制模块，其中：

写模块根据输入视频图像的同步和有效信号串行地将数据根据空间结构要求依次写入行存阵列的每条行存内；

读模块根据插值计算电路产生的控制信号，并行地将所需的数据依次从行存中读出，并进行空间重排序；

行存阵列，对输入数据进行空间重组，实现从串行输入到并行输出的转换和数据时钟频率的变换；

一基于多相结构的水平和垂直缩放模块，分别包括系数存储单元和水平缩放滤波器，系数存储单元和垂直缩放滤波器，其中的水平和垂直滤波器主要用于对输入点进行插值计算求得输出点；水平和垂直滤波器采用了多相结构，滤波器根据输出周期变化滤波系数，水平和垂直滤波器的总长度等于各相位长度综合；

一输入同步检测产生模块，包括输入同步检测和输出同步检测，主要用于控制整个系统的时序和同步，该模块根据输入输出图像的空间变化比率关系，随输入信号周期的产生所需的存储器控制信号和输入行场同步有效信号；