[发明专利]数字图像处理

说明书

发明领域

本发明涉及图像的重采样。

发明背景

图像显示格式的日益增加的多样性引发了对于图像从一种采样结构转换到另一种采样结构的巨大兴趣。特别是“高清”(HD)电视格式(即，垂直空间采样频率是每图片高度(picture height)1,000个样本的级别的格式)的越来越多的使用导致了可在HD和标清(SD)格式两者上操作的制造设备的开发。在一些设备中，处理是以一个特定的高分辨采样结构来实现的，利用用于处理的结构或者以不同的采样结构，输入可被接收到，输出可被传送。

在这样的设备图像中，图像可能需要在处理之前或之后转换到较高速率或较低速率。现在常见的是需要两个补充的转换：一个是从输入采样结构到处理结构的转换；另一个是从处理结构转换回初始的输入结构。非常期望这些转换对于用户来说是明显的，且如果处理结构在所有维度上都具有较高的采样频率，则级联的上采样和下采样可以是精确(mathematically)透明的。

一般地，来自邻接的样本位置的输入样本值被组合为滤波器孔径(aperture)中的加权和，以便在输入样本位置之外的位置获得新的样本值。滤波器可具有若干“相位”以使得不同的权重用于获取对于与输入样本位置具有不同空间关系的样本地点的新的值。滤波器通常是一维的，以使得滤波器孔径包括一组水平连续样本或一组垂直连续样本。但是，二维或三维滤波器也是公知的，其中滤波器孔径包括二维图像区域中的一组样本，或来自在不同时间采样的图像的一组二维区域。

在多标准视频处理系统中，希望互补的上转换滤波器和下转换滤波器可以相似水平的复杂度——即孔径大小和系数大小——使用。对称滤波器易于实现。两种类型的滤波器应具有高的阻带衰减，以便减少混叠；并且，这些特征应与可逆性的性质相结合。需要这样的滤波器，用于在每行720、960和1280个样本的一般使用的水平样本结构与每个图片480、486、576、720和1080行的垂直采样结构之间的转换。在这些转换中，可能需要输入采样网格和输出采样网格的相对相位偏移，以便防止在转换时图像中心位置的移动。

美国专利6,760,379(Werner)——其通过引用并入本文——描述了在给出线性上转换滤波器时可如何获得互补的下转换滤波器，以使得两个互补的过程的级联精确透明。查看在该先前专利中示出的示例性滤波器是有用的，以便清楚理解本发明提供的改进。

图1示出了依照滤波器的相互可逆对的系数为3:4的上转换，后跟随以系数为4:3的下转换。低分辨率样本L₀到L₄的组被上转换到高分辨率样本H₀到H₅的(更多数量的)组，其然后被下转换到低分辨率样本L′₀到L′₄。上转换滤波器是双线性内插器，而下转换滤波器是Werner的专利中所描述的“取消双线性(undo-bil)”滤波器。

在图1中滤波器系数由箭头示出。根据Werner的记录，上转换滤波器系数由g(x)表示，下转换滤波器系数由h(x)表示，其中x是输入样本和输出样本之间的相位偏移，其被表示为以包括这两组样本的中间采样网格的间距为单位。在该图中，每个下转换滤波器系数仅被示出一次，但是上转换滤波器系数是对于对所示出的下转换系数有贡献的任何样本有贡献的所有样本而示出的。

图1的滤波器的系数在图2中以滤波器孔径函数的形式被示出。滤波器孔径(20)对应于双线性上转换滤波器g(x)，滤波器孔径(21)对应于滤波器h(x)，其是Werner的专利中所描述的“取消双线性”滤波器。

从图1和图2中可见，下转换“取消双线性”滤波器是不对称的。先前的专利描述了这种不对称滤波器可如何通过将滤波器孔径函数与孔径函数的镜像反转形式进行平均，以在不丧失可逆性的情况下转换为对称滤波器。图3示出了与图1相同的上转换过程和下转换过程，只是使用从“取消双线性”滤波器获得的对称下转换滤波器。(注意到在图3中没有示出零滤波器系数。)对应的下转换滤波器孔径是图4中示出的函数(41)。

可从图3所示出的系数值验证下转换样本L′₀到L′₂的组与初始的样本L₀到L₂相同；即，上转换被透明反转：

L₀＝1×H₀＝1×L₀