[发明专利]一种节省硬件资源的数字图像定标器

说明书

技术领域：

本发明属于视频图像处理领域，提出了一种显著节省硬件资源的数字图像定标器。

背景技术：

平板显示器在显示终端设备中逐渐占据主导地位，但其最佳分辨率为固定值，即为其物理显示像素点，不同的显示设备其物理显示像素点也不尽相同；同时数字电视或计算机的输入图像分辨率也是可变的，这就需要图像定标引擎将不同分辨率的输入图像映射到平板显示器上。

为了实现实时处理，传统的数字图像定标器通常采用两点插值算法。该方法通过计算插值点在原图像水平或垂直方向上两点的插值位置，得到该两点的权重，从而计算出插值点的图像灰度值。这种方法虽然实现起来非常简单，在FPGA(Field Programmable Gate Array)或ASIC(Application Specific Integrate Circuit)实现中一般需要两个乘法器与一个加法器，但缩放后的图像质量相对于原图像有较大的下降。如果采用高阶的插值算法，虽然能提高缩放后图像的质量，但极大的增加了硬件资源，降低了系统实时处理的能力。随着高分辨率视频资源的推广普及，迫切的需要一种即能保证缩放后图像质量，又能以少的硬件资源实现的定标器。

发明内容：

为了降低采用高阶插值算法的图像定标器所需的硬件资源，增强图像定标器的实时处理能力，本发明提出了一种适用于线性多阶插值算法的数字图像定标器。如图1所示，该定标器主要由两部分构成：插值器模块和系数产生模块。具体连接方式为：原始图像数据与时钟信号输入到插值器模块中；在外部时钟的作用下，系数产生模块生成插值运算所需的位置系数，该系数亦输入到插值器模块中；插值器模块根据输入的原始图像数据与插值位置系数进行插值运算；然后插值器模块输出经插值运算处理后的图像。

插值器是定标器的核心，根据位置系数产生模块生成的被插值点位置信息，按照预先设计的算法与实现结构，完成相应的插值运算，得到缩放后图像的灰度值。与传统插值器不同，本插值器对插值算法采取了合并同类项处理，例如采用四点线性插值算法的定标器，g₀，g₁，g₂，g₃为原图像中连续的四个点，该四个点可以为水平方向或垂直方向的连续一组；C₀，C₁，C₂，C₃为该四个点的插值权重系数；μ_k为位置系数(插值点g位于g₁，g₂之间，μ_k为g相对于g₁的位置)，g为插值后得到的新点。则四点线性插值算法如式1所示：

C₀＝0.5×μ_k²-0.5×μ_k

C₁＝-0.5×μ_k²+1.5×μ_k

C₂＝-0.5×μ_k²-0.5×μ_k+1(1)

C₃＝0.5×μ_k²-0.5×μ_k

g＝g₀×C₀+g₁×C₁+g₂×C₂+g₃×C₃

从上式中观察到，最终的插值点灰度值为g₀，g₁，g₂，g₃与相应的权重系数之积，完成一次插值运算需要20次乘法(8次为固定系数乘法)和7次加法；另每一个权重系数都有相同的项μ_k，将C₀，C₁，C₂，C₃带入式1最后一项进行因式分解，提取相同的系数μ_k，可得到：