[发明专利]数字图像的缩放方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于数字视频信号处理领域，具体地说，涉及一种数字图像的缩放方法及装置。

背景技术

数字图像的缩放是目前所有数字视频处理芯片都必须支持的功能。首先，数字视频在进入高清时代以后，显示设备如液晶显示器的分辨率可高达1920×1080，这就要求数字视频处理芯片能很好的将传统的标清视频源(如NTSC720×480及PAL720×576)信号放大到合适的尺寸以在相应的高分辨率显示设备上显示。另一方面，一些流行的低端或便携式显示设备可能只有很低的分辨率，如640×480等等，又要求将输入的高分辨率视频信号进行相应的缩小。这些无处不在的应用都要求数字视频处理芯片能提供优异的图像缩放功能。

当图像被放大时，图像的高频信息会随着放大倍数的增加不断流失，我们都有这样的经验，即图像放大会让图像变模糊，所以在图像放大时一个主要的问题是如何尽量保持图像的清晰度。而另一方面，当图像缩小时，一些额外的高频信息会被引入到结果图像中来，从而造成结果图像呈现颗粒状并使图像的平滑感降低，所以在图像缩小时我们又要面对一个如何保持图像平滑度的问题。这种两难的处境促使目前的数字视频处理芯片通常都需要准备两套或者更多套不同的图像缩放器参数来完成不同的放大或缩小任务。举个例子来说，三次多项式法是一种比较常见的图像缩放方法，也就是说缩放的结果图像的像素是通过对原始图像像素利用三次多项式函数进行插值来得到的。选取不同的三次多项式函数可以得到不同的缩放效果，有的三次多项式函数产生的图像比较平滑但也较模糊，而有的则比较清晰。从前面的分析可以看出我们可以在图像缩小时选取结果较平滑模糊的三次多项式函数，而在图像放大的情况下选用结果较清晰的三次多项式函数。如果图像缩放器要处理的情况分布较离散，也就是说既可能要将图像缩的很小，有可能要将图像放的很大，那么通常我们会需要准备很多不同的三次多项式函数来处理不同的情况。

上面描述的方法是目前数字视频处理芯片中的图像缩放器常用的方法。它至少有以下几个缺点：1)芯片所需的存储空间较大。这是因为通常数字视频处理芯片中的图像缩放器所使用的插值函数是以查找表的方式存储的，越多的插值函数就对应越多的查找表，也就需要更多的存储空间。2)芯片调试不方便。由于目前的显示设备的分辨率分布很分散，从很小的320×240到全高清的1920×1080都有，而且输入图像的尺寸也千差万别，所以数字视频处理芯片要准备的不同的插值函数会很多，那么在调试芯片时每当缩放比例变化时就需要装载不同的查找表，不能做到直观的观察缩放结果的变化。3)插值函数不容易确定。同样由于需要的插值函数会很多，确定这些插值函数就需要芯片的设计人员在不同的缩放比例下尝试很多不同函数，这种工作既费时又费力。为了提高图像缩放器的设计效率和芯片的使用效率，理想的图像缩放器应当做到只使用一套查找表(对应一个单一的插值函数)，而在不同的缩放比例下能通过调节单一的寄存器来方便地达到实时直观的调节效果。

我们先介绍一下传统的图像缩放器。图1给出了一幅尺寸为N×M的原始图像，即横向每行N个像素，纵向共M行，原始像素用“●”表示。在进行图像缩放时，如果目标图像的尺寸为N’和M’，我们先定义横向缩放步长

step_x＝(N-1)/(N’-1)

及纵向缩放步长

step_y＝(M-1)/(M’-1)

再从图像的左上角p(1，1)开始从左到右按step_x移动，每移动一次产生一个新的像素点“■”。当移动到图像最右边的像素时再跳回图像最左边并向下方移动step_y，接着重复从左到右按step_x的移动。这样直到到达最右下角的原始像素p(M，N)。不难检查出如果step_x和step_y是按上面的计算得出的，那么从p(1，1)开始的这样的移动一定可以准确到达p(M，N)，并且产生出共N’×M’个新像素“■”。这N’×M’的新像素“■”就组成了缩放的结果图像。