專利名稱：一種數(shù)字圖像的縮放處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及圖像處理領域，具體地說，是涉及一種用于數(shù)字圖像的縮放處理系統(tǒng)。
背景技術：
隨著計算機、手機等多媒體領域應用產品的迅速發(fā)展，人們對圖像顯示的要求越來越高，由于不同的顯示技術對圖像的尺寸有不同的要求，需要對圖像的尺寸進行靈活的變化。例如，計算機的分辨率有VGA(640×480)，SVGA(800×600)，XVGA(1600×1200)，但對手機來說，通常顯示屏的分辨率小于QVGA(320×240)。因此，怎樣實現(xiàn)圖像在不同的分辨率靈活轉變并保持較高的圖像質量成為日益迫切的一個問題。
在計算機的圖像處理領域中，圖像縮放是通過軟件來實現(xiàn)的，通常是使用二次線性插值、三次線性插值等算法來處理。軟件處理需要占用非常多的CPU資源，對計算機處理器件的要求很高。但對于手機來說，CPU的功能不夠強大，對處理視頻的縮放來說遠遠不夠，因此通過軟件來實現(xiàn)視頻縮放是不可能的，這就需要用硬件來解決這個問題。
在一般的視頻卡、視頻采集卡中，通常使用二次線性插值來實現(xiàn)硬件的圖像縮放。這種算法能夠帶來較好的圖像質量，但卻需要占用較多的硬件資源(例如乘法器和除法器等)。
實用新型內容本實用新型的目的是為了提供一種圖像縮放處理系統(tǒng)，來提高芯片支持圖像和視頻實現(xiàn)的性能。
為達到上述目的，本實用新型提供方案如下一種數(shù)字圖像的縮放處理系統(tǒng)，其接收上位機1發(fā)送來的指令和圖像預處理模塊2發(fā)送來的圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)上位機1發(fā)送來的指令對圖像數(shù)據(jù)進行縮放處理，并將縮放處理的圖像送給圖像后處理模塊4，由圖像后處理模塊4對圖像進行壓縮或者直接顯示。
本實用新型所述的圖像縮放處理系統(tǒng)包括前置濾波器模塊4、圖像橫向尺寸縮放模塊5、圖像縮放行緩沖器模塊6、命令發(fā)送模塊7、圖像縮放系數(shù)計算模塊8和圖像縱向尺寸縮放模塊9；由上位機1通過命令發(fā)送模塊7，將該圖像縮放處理系統(tǒng)激活并使之處于正常的工作狀態(tài)，此時前置濾波器模塊4將圖像預處理模塊送過來的圖像進行低通濾波，此低通濾波器的系數(shù)由上位機1根據(jù)圖像縮放比例進行配置，通過命令發(fā)送模塊7發(fā)送給前置濾波器模塊4；圖像縮放系數(shù)計算模塊8根據(jù)上位機1發(fā)送給命令發(fā)送模塊7的命令，計算縮放的系數(shù)并送給圖像橫向尺寸縮放模塊5和圖像縱向尺寸縮放模塊9使用；圖像橫向尺寸縮放模塊5根據(jù)命令發(fā)送模塊7發(fā)送的指令和縮放系數(shù)對經前置濾波的圖像在橫向進行縮放處理，并將處理過的圖像儲存在圖像縮放行緩沖器模塊6中，然后圖像縱向尺寸縮放模塊9再對圖像縮放行緩沖器模塊6中的圖像進行縱向尺度的變換。
本實用新型所述的前置濾波器模塊4包括橫向濾波器模塊41，濾波器行緩沖器模塊42和縱向濾波器模塊43；橫向濾波器模塊41首先在橫向尺度上對圖像進行濾波，并把橫向濾波后的圖像儲存在濾波器行緩沖器模塊42中；由于所述系統(tǒng)采取七階濾波，濾波器行緩沖器模塊42儲存了6行的圖像數(shù)據(jù)；縱向濾波器模塊43把圖像從濾波器行緩沖器模塊42取出，并對之進行縱向濾波。
本實用新型所述的命令發(fā)送模塊7包括寄存器地址譯碼模塊71、寄存器讀寫模塊72、寄存器模塊73，寄存器地址譯碼模塊71將上位機1發(fā)送過來的寄存器地址進行譯碼，找到要操作的寄存器單元；寄存器讀寫模塊72則完成對該寄存器的讀寫操作；而寄存器模塊73則包含了數(shù)量眾多的控制寄存器。
本實用新型所述的寄存器模塊73包括輸入圖像寬度寄存器731，輸入圖像高度寄存器732，輸出圖像寬度寄存器733，輸出圖像高度寄存器734，前置濾波器系數(shù)寄存器735，圖像放大倍數(shù)寄存器736和圖像縮小倍數(shù)寄存器737；在啟動圖像縮放之前，由上位機1配置好這些寄存器的值，以保證所述系統(tǒng)的正常工作。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型所述的圖像縮放處理系統(tǒng)中，不需要較大的圖像緩沖區(qū)，僅僅需要幾條行緩沖器，這樣大大節(jié)約了存儲器的使用；其次，由于該方法是實時操作，輸入幾行圖像數(shù)據(jù)就可以啟動縮放操作，因此延遲極小，僅有幾行，不像傳統(tǒng)方法需要有一幀的延遲；第三，由于該方法將二維濾波轉化為兩個一維濾波，將二位圖像的縮放轉化維兩個一位圖像縮放，大大減少了乘法器的使用，使芯片的成本大大降低；最后，由于該方法使用查表法代替除法器來計算圖像縮放器的系數(shù)，使芯片成本進一步降低，而我們都知道除法器不易實現(xiàn)。
本實用新型目的、特點及優(yōu)點將參照附圖結合實施例作進一步的說明。


圖1是本實用新型的結構框圖。
圖2是本實用新型所述前置濾波器模塊的結構框圖。
圖3是本實用新型所述命令發(fā)送模塊的結構框圖。
圖4是本實用新型所述寄存器模塊的結構框圖。
圖5是本實用新型所述的寄存器的一個參考配置。
具體實施方式
參照附圖1，是本實用新型的結構框圖。
一種數(shù)字圖像的縮放處理系統(tǒng)，其接收上位機發(fā)送來的指令和圖像預處理模塊發(fā)送來的圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)上位機發(fā)送來的指令對圖像數(shù)據(jù)進行縮放處理，并將縮放處理的圖像送給圖像后處理模塊，由圖像后處理模塊對圖像進行壓縮或者直接顯示。
本實用新型所述的圖像縮放處理系統(tǒng)包括前置濾波器模塊、圖像橫向尺寸縮放模塊、圖像縮放行緩沖器模塊、命令發(fā)送模塊、圖像縮放系數(shù)計算模塊和圖像縱向尺寸縮放模塊；由上位機通過命令發(fā)送模塊，將該圖像縮放處理系統(tǒng)激活并使之處于正常的工作狀態(tài)，此時前置濾波器模塊將圖像預處理模塊送過來的圖像進行低通濾波，此低通濾波器的系數(shù)由上位機根據(jù)圖像縮放比例進行配置，通過命令發(fā)送模塊發(fā)送給前置濾波器模塊；圖像縮放系數(shù)計算模塊根據(jù)上位機發(fā)送給命令發(fā)送模塊的命令，計算縮放的系數(shù)并送給圖像橫向尺寸縮放模塊和圖像縱向尺寸縮放模塊使用；圖像橫向尺寸縮放模塊根據(jù)命令發(fā)送模塊發(fā)送的指令和縮放系數(shù)對經前置濾波的圖像在橫向進行縮放處理，并將處理過的圖像儲存在圖像縮放行緩沖器模塊中，然后圖像縱向尺寸縮放模塊再對圖像縮放行緩沖器模塊中的圖像進行縱向尺度的變換。
參照附圖2，是本實用新型所述前置濾波器模塊的結構框圖。本實用新型所述的前置濾波器模塊包括橫向濾波器模塊，濾波器行緩沖器模塊和縱向濾波器模塊；橫向濾波器模塊首先在橫向尺度上對圖像進行濾波，并把橫向濾波后的圖像儲存在濾波器行緩沖器模塊中；由于所述系統(tǒng)采取七階濾波，濾波器行緩沖器模塊儲存了6行的圖像數(shù)據(jù)；縱向濾波器模塊把圖像從濾波器行緩沖器模塊取出，并對之進行縱向濾波。
參照附圖3，是本實用新型所述命令發(fā)送模塊的結構框圖。本實用新型所述的命令發(fā)送模塊包括寄存器地址譯碼模塊、寄存器讀寫模塊、寄存器模塊，寄存器地址譯碼模塊將上位機發(fā)送過來的寄存器地址進行譯碼，找到要操作的寄存器單元；寄存器讀寫模塊則完成對該寄存器的讀寫操作；而寄存器模塊則包含了數(shù)量眾多的控制寄存器。
參照附圖4是本實用新型所述寄存器模塊的結構框圖。本實用新型所述的寄存器模塊包括輸入圖像寬度寄存器(IMG_WIDTH)，輸入圖像高度寄存器(IMG_HEIGHT)，輸出圖像寬度寄存器(OUT_WIDTH)，輸出圖像高度寄存器(OUT_HEIGHT)，前置濾波器系數(shù)寄存器(FIR_COEF)，圖像放大倍數(shù)寄存器(UP_FACTOR)和圖像縮小倍數(shù)寄存器(DOWN_FACTOR)；在啟動圖像縮放之前，由上位機配置好這些寄存器的值，以保證所述系統(tǒng)的正常工作。
在圖像縮放處理之前，上位機首先要完成相關寄存器的配置，以保證該系統(tǒng)能夠正常工作。例如，如果該系統(tǒng)輸入圖像大小為640×480，輸出圖像大小為352×288，濾波器的系數(shù)采取0、1/16、3/16、8/16、3/16、1/16、0，則這些寄存器的配置可以參照附圖5。當圖像從圖像預處理模塊到來時，這些相關的配置已經完成。
當圖像輸入時，首先要由前置濾波器對之進行濾波。該系統(tǒng)采取7×7的二維低通濾波，濾波器系數(shù)的選取要根據(jù)圖像縮放的比例來確定。濾波之后，圖像的高頻噪聲已經被去除，但圖像的大小仍為640×480(以上述參考配置為例)，這時首先要進行橫向尺度的縮放；由于該系統(tǒng)采取雙線性差值，差值系數(shù)需要由圖像縮放系數(shù)計算模塊計算得到。做完橫向縮放后，每行的尺寸變?yōu)?52，但高都仍為480，圖像儲存在圖像縮放行緩沖器模塊，在該模塊中儲存有三條圖像的顏色數(shù)值。然后再由縱向圖像縮放模塊對之進行縱向的縮放。這樣圖像尺寸就有640×480變?yōu)?52×288。
參照附圖2，對于圖像前置低通濾波，該系統(tǒng)采取7×7的線性差值，即濾波后的一個象素的顏色數(shù)值由周圍7×7個象素點經過線性加權平均得到，這樣就需要49個乘法器。根據(jù)前述，該方法將二維運算轉化為兩個一維運算，并采取對稱的濾波器系數(shù)，這樣對于每一個一維濾波器(橫向濾波和縱向濾波)，僅僅需要4個乘法器。以橫向濾波為例，假設要計算的象素為Pn’，它與濾波前的Pn-3，Pn-2，Pn-1，Pn，Pn+1，Pn+2和Pn+3相關，則Pn’的計算公式為Pn’＝(Pn-3+Pn+3)*FIR_COEF0+(Pn-2+Pn+2)*FIR_COEF1+(Pn-1+Pn+1)*FIR_COEF2+Pn*FIR_COEF3上述公式中濾波器的系數(shù)由上位機來配置。此系數(shù)與圖像縮放的比例相關，它應保證在縮放之后圖像應該沒有高頻噪聲，同時應該具有較清晰的圖像質量。
做完橫向濾波后，圖像存在濾波器行緩沖器模塊里。濾波器行緩沖器模塊包含了六條行緩沖器，可以儲存六行圖像的數(shù)據(jù)。對于七階縱向濾波需要有七行的圖像，緩沖器里存有六條，而第七行則實時的在輸入；第七行的數(shù)據(jù)輸入之后不僅提供給縱向濾波器使用，而且會覆蓋掉原先第一行數(shù)據(jù)所占用的緩沖器，所以六條緩沖器就能夠滿足使用。
對于縱向濾波，其算法通橫向濾波完全一樣，唯一區(qū)別是計算方向的差別。
做完濾波之后，就要對圖像進行橫向尺度的縮放?？s放比例由寄存器UP_FACTOR和DOWN_FACTOR決定，比如由640×480到352×288，其縮放比例是11/20，則UP_FACTOR＝11，DOWN_FACTOR＝20。圖像縮放涉及到兩步，首先根據(jù)UP_FACTOR將圖像的橫向尺寸變?yōu)镮MG_WIDTH*UP_FACTOR，即7040；然后再在這7040個象素里面每20個抽取一個作為輸出圖像的象素，這樣輸出圖像寬度就是352。但是，在具體實現(xiàn)的時候可以不儲存7040個象素的值，因為這里面絕大多數(shù)都是沒有用而且要丟掉的；我們只需要儲存那些出現(xiàn)在最后輸出圖像象素的值。在本系統(tǒng)的橫向縮放方法中，有兩個計數(shù)器，其中一個是用以統(tǒng)計輸入圖像中一行象素的個數(shù)(PIXEL_CNT)，每到一個象素它自動會增加1；另一個計數(shù)器(UPSIZE_COUNT)用以計算每行需要抽取的象素的位置，當新的一幀圖像到來或者該幀圖像某一行結束時，該計數(shù)器清零；以后每到來一個新的象素該計數(shù)器的值就加上UP_FACTOR。如果新的象素到來后發(fā)現(xiàn)UPSIZE_COUNT＞＝DOWN_FACTOR，在輸出圖像中有一個輸出象素，同時從UPSIZE_COUNT減取DOWN_FACTOR。由于新的象素必然出現(xiàn)在剛剛到達的兩個輸入象素的中間，它就由這兩個象素的加權平均計算得到。設剛剛到達的兩個象素為P1和P2，則新的象素顏色值可以通過以下公式計算得到Pnew＝(1-a)*P1+a*P2其中系數(shù)a可以根據(jù)新的象素Pnew和P1的距離(即UPSIZE_COUNT)求出a＝UPSIZE_COUNT/UP_FACTOR由于UP_FACTOR是一個六位二進制數(shù)，為避免除法器，在系統(tǒng)中存在一個表儲存64個1/UP_FACTOR。
這樣一個一個象素依照同樣的方法處理，就可以得到經過橫向縮放的一行圖像，處理過的圖像儲存在圖像縮放行緩沖器模塊4中。三條圖像縮放行緩沖器可以儲存三行橫向縮放處理過的圖像，其工作方式是這樣的當緩沖器里存有兩行圖像數(shù)據(jù)就可以進行縱向縮放處理；但是由于在做縱向處理的時候輸入圖像還有可能繼續(xù)進來，因此需要第三條緩沖器來儲存輸入的圖像?？v向圖像縮放的處理方法與橫向幾乎一樣。這樣可以得到一幅完整的經過縮放處理的圖像。
本實用新型所述的一種數(shù)字圖像的縮放處理系統(tǒng)，并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本實用新型之領域，對于熟悉本領域的人員而言可容易地實現(xiàn)另外的優(yōu)點和進行修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念的精神和范圍的情況下，本實用新型并不限于特定的細節(jié)、代表性的設備和這里示出與描述的圖示示例。
權利要求1.一種數(shù)字圖像的縮放處理系統(tǒng)，其接收上位機(1)發(fā)送來的指令和圖像預處理模塊(2)發(fā)送來的圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)上位機(1)發(fā)送來的指令對圖像數(shù)據(jù)進行縮放處理，并將縮放處理的圖像送給圖像后處理模塊(4)，由圖像后處理模塊(4)對圖像進行壓縮或者直接顯示；其特征在于所述的圖像縮放處理系統(tǒng)包括前置濾波器模塊(4)、圖像橫向尺寸縮放模塊(5)、圖像縮放行緩沖器模塊(6)、命令發(fā)送模塊(7)、圖像縮放系數(shù)計算模塊(8)和圖像縱向尺寸縮放模塊(9)；由上位機(1)通過命令發(fā)送模塊(7)，將該圖像縮放處理系統(tǒng)激活并使之處于正常的工作狀態(tài)，此時前置濾波器模塊(4)將圖像預處理模塊送過來的圖像進行低通濾波，此低通濾波器的系數(shù)由上位機(1)根據(jù)圖像縮放比例進行配置，通過命令發(fā)送模塊(7)發(fā)送給前置濾波器模塊(4)；圖像縮放系數(shù)計算模塊(8)根據(jù)上位機(1)發(fā)送給命令發(fā)送模塊(7)的命令，計算縮放的系數(shù)并送給圖像橫向尺寸縮放模塊(5)和圖像縱向尺寸縮放模塊(9)使用；圖像橫向尺寸縮放模塊(5)根據(jù)命令發(fā)送模塊(7)發(fā)送的指令和縮放系數(shù)對經前置濾波的圖像在橫向進行縮放處理，并將處理過的圖像儲存在圖像縮放行緩沖器模塊(6)中，然后圖像縱向尺寸縮放模塊(9)再對圖像縮放行緩沖器模塊(6)中的圖像進行縱向尺度的變換。
2.根據(jù)權利要求1所述的圖像縮放處理系統(tǒng)，其特征在于所述的前置濾波器模塊(4)包括橫向濾波器模塊(41)，濾波器行緩沖器模塊(42)和縱向濾波器模塊(43)；橫向濾波器模塊(41)首先在橫向尺度上對圖像進行濾波，并把橫向濾波后的圖像儲存在濾波器行緩沖器模塊(42)中；由于所述系統(tǒng)采取七階濾波，濾波器行緩沖器模塊(42)儲存了6行的圖像數(shù)據(jù)；縱向濾波器模塊(43)把圖像從濾波器行緩沖器模塊(42)取出，并對之進行縱向濾波。
3.根據(jù)權利要求1所述的圖像縮放處理系統(tǒng)，其特征在于所述的命令發(fā)送模塊(7)包括寄存器地址譯碼模塊(71)、寄存器讀寫模塊(72)、寄存器模塊(73)，寄存器地址譯碼模塊(71)將上位機(1)發(fā)送過來的寄存器地址進行譯碼，找到要操作的寄存器單元；寄存器讀寫模塊(72)則完成對該寄存器的讀寫操作；而寄存器模塊(73)則包含了數(shù)量眾多的控制寄存器。
4.根據(jù)權利要求3所述的圖像縮放處理系統(tǒng)，其特征在于所述的寄存器模塊(73)包括輸入圖像寬度寄存器(731)，輸入圖像高度寄存器(732)，輸出圖像寬度寄存器(733)，輸出圖像高度寄存器(734)，前置濾波器系數(shù)寄存器(735)，圖像放大倍數(shù)寄存器(736)和圖像縮小倍數(shù)寄存器(737)；在啟動圖像縮放之前，由上位機(1)配置好這些寄存器的值，以保證所述系統(tǒng)的正常工作。
專利摘要本實用新型涉及圖像處理領域，并具體的公開了一種用于數(shù)字圖像的縮放處理系統(tǒng)。本實用新型所述的圖像縮放處理系統(tǒng)包括前置濾波器模塊、圖像橫向尺寸縮放模塊、圖像縮放行緩沖器模塊、命令發(fā)送模塊、圖像縮放系數(shù)計算模塊和圖像縱向尺寸縮放模塊。按照本實用新型可以提高芯片支持圖像和視頻實現(xiàn)的性能。
文檔編號G06T3/40GK2736865SQ20042007771
公開日2005年10月26日 申請日期2004年7月8日 優(yōu)先權日2004年7月8日
發(fā)明者李國新, 周芬, 腰建勛, 高曉宇 申請人:北京中星微電子有限公司