專利名稱：基于邊緣信息的兩維非線性插值系統(tǒng)和兩維混合插值系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻處理系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，是涉及一種基于邊緣信息的兩維非線性插值系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的兩維混合插值系統(tǒng)。
通常，插值被用于執(zhí)行放大或縮小視頻信號(hào)的縮放功能。視頻圖像可以包括僅具有自然圖像的信號(hào)或文本或圖形與自然圖像混合的信號(hào)。對(duì)電視機(jī)來(lái)說(shuō)，顯示的視頻信號(hào)大多數(shù)只有自然圖像。另一方面，計(jì)算機(jī)監(jiān)視器常輸出在其中文本、圖形和自然圖像混合的視頻信號(hào)。為了使包括文本或圖形和自然圖像的復(fù)雜的視頻的放大具有適合的輸出外觀比例，即使在插值后，對(duì)插值來(lái)說(shuō)必須保持如其邊緣信息很重要的圖形部分的邊緣的分辨率。
但是，當(dāng)前使用的很多插值方法是基于像素之間的線性插值。這些方法優(yōu)點(diǎn)在于減小在自然圖像區(qū)的噪聲，但缺點(diǎn)在于當(dāng)視頻被放大時(shí)，在圖形區(qū)邊緣信息不能被有效地顯示。因?yàn)樵诰€性插值中沒有特別考慮邊緣，在邊緣可能會(huì)發(fā)生圖形失真。因此，邊緣未能被清晰地顯示。
當(dāng)使用常規(guī)的兩維線性插值放大圖像時(shí)，由于平滑的效果，能夠在自然圖像區(qū)再現(xiàn)沒有噪聲的平滑的視頻。但是，由于高頻分量的損失，在圖形圖像區(qū)發(fā)生邊緣變暗的惡化。
為了解決上述的局限，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供基于邊緣信息的兩維非線性插值系統(tǒng)，用以當(dāng)視頻信號(hào)被放大時(shí)使用兩維非線性插值清晰地顯示邊緣。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種由兩維非線性插值系統(tǒng)執(zhí)行的插值方法。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種用以當(dāng)包括自然圖像和圖形圖像的視頻信號(hào)被放大時(shí)防止圖形圖像的邊緣惡化的兩維混合插值系統(tǒng)。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種由兩維混合插值系統(tǒng)執(zhí)行的混合插值方法。
用此方式，提供了一種通過(guò)插值因平滑的效果而再現(xiàn)沒有噪聲的平滑的視頻圖像的新的插值方法，同時(shí)防止圖形圖像區(qū)的邊緣的惡化。
因此，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，提供了一種基于邊緣信息的兩維非線性插值系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括邊緣檢測(cè)器、邊緣方向修改器、靠近邊緣系數(shù)生成器、濾波系數(shù)生成器和非線性插值單元。邊緣檢測(cè)器從通過(guò)輸入端子施加的視頻信號(hào)檢測(cè)像素中的邊緣信息。邊緣方向修改器根據(jù)在插值位置的周圍像素的中心點(diǎn)變換由邊緣檢測(cè)器檢測(cè)的邊緣信息并輸出被修改的邊緣信息?？拷吘壪禂?shù)生成器根據(jù)被修改的邊緣信息變換插值位置的坐標(biāo)生成變換后的插值位置，生成對(duì)應(yīng)于變換后的位置的邊緣圖案，并響應(yīng)預(yù)定的一維非線性插值濾波系數(shù)生成多個(gè)兩維插值系數(shù)。濾波系數(shù)生成器響應(yīng)變換后的插值位置坐標(biāo)、邊緣圖案和預(yù)定的一維濾波系數(shù)生成一維非線性插值濾波系數(shù)。非線性插值單元用與外圍像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)執(zhí)行非線性插值。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的，提供了一種在輸入視頻信號(hào)上執(zhí)行兩維非線性插值的方法。該方法包括步驟(a)至(d)。在步驟(a)，從輸入的視頻信號(hào)檢測(cè)邊緣信息。在步驟(b)，修改檢測(cè)的邊緣信息以生成被修改的邊緣信息。在步驟(c)，響應(yīng)被修改的邊緣信息和預(yù)定的一維非線性插值濾波系數(shù)，生成兩維非線性插值系數(shù)。在步驟(d)，與當(dāng)前插值位置周圍的外圍像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以兩維非線性插值系數(shù)，由此對(duì)視頻信號(hào)執(zhí)行非線性插值。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第三個(gè)目的，提供了一種包括邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元、線性插值單元、非線性插值單元和多路復(fù)用器的兩維混合插值系統(tǒng)。邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元從通過(guò)輸入端子輸入的視頻信號(hào)檢測(cè)像素中邊緣信息，根據(jù)預(yù)定的邊緣圖案修改檢測(cè)的邊緣信息，根據(jù)在被插值的像素周圍的多個(gè)相鄰像素中被修改的邊緣信息獲得多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)，并在被插值的像素周圍的多個(gè)相鄰像素中生成指示邊緣不存在或存在的邊緣信號(hào)。線性插值單元用與被插值的像素周圍的n*n像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以垂直插值系數(shù)和水平插值系數(shù)以執(zhí)行線性插值。非線性插值單元用與多個(gè)相鄰像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)以執(zhí)行靠近邊緣的非線性插值。多路復(fù)用器響應(yīng)邊緣信息從線性插值單元選擇性地輸出被插值的像素，或從非插值單元輸出被插值的像素。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第四個(gè)目的，提供了一種對(duì)輸入視頻信號(hào)執(zhí)行兩維混合插值的方法。該方法包括步驟(a)至(e)。在步驟(a)，從輸入的視頻信號(hào)中檢測(cè)在被插值的像素周圍的多個(gè)相鄰像素中的邊緣信息，并且將檢測(cè)的邊緣信息修改為預(yù)定的邊緣圖案。在步驟(b)，根據(jù)邊緣圖案獲取多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)。在步驟(c)，確定在被插值的像素周圍的多個(gè)像素中邊緣是否存在。在步驟(d)，當(dāng)在步驟(c)確定邊緣不存在時(shí)，與被插值的像素周圍的n*n像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以垂直插值系數(shù)和水平插值系數(shù)執(zhí)行線性插值。在步驟(e)，當(dāng)在步驟(c)確定邊緣存在時(shí)，與多個(gè)相鄰像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)執(zhí)行靠近邊緣的非線性插值。
通過(guò)參照附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，其中

圖1是表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的兩維非線性插值系統(tǒng)的方框圖；圖2A和2B是表示根據(jù)在圖1的系統(tǒng)中的插值點(diǎn)修改邊緣的過(guò)程和結(jié)果的圖；圖3A至3C是表示在圖2所示的邊緣修改所必須的以3*3塊為單位的的預(yù)先確定的修改模式的圖；圖4是表示圖1的靠近邊緣系數(shù)生成器的方框圖；圖5A至5F是表示由圖4的原型中心邊緣和旋轉(zhuǎn)角度確定器生成的原型中心邊緣的圖；圖6A至6B是表示說(shuō)明圖4的坐標(biāo)變換器的操作的圖；圖7是表示圖4的邊緣圖案確定器的詳細(xì)的方框圖；圖8是表示圖4的靠近邊緣插值系數(shù)計(jì)算器的詳細(xì)的方框圖；圖9A至9F是表示由靠近邊緣插值系數(shù)計(jì)算器執(zhí)行的計(jì)算過(guò)程的圖；圖10是表示圖1的濾波系數(shù)生成器的詳細(xì)的方框圖；圖11是表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的兩維非線性插值方法的流程圖；圖12是表示按照應(yīng)用了兩維非線性插值系統(tǒng)的實(shí)施例的兩維混合插值系統(tǒng)的方框圖；圖13是表示由圖12的線性插值單元和非線性插值單元執(zhí)行的兩維線性插值和非線性插值的圖；圖14是表示圖12的線性插值單元的方框圖；圖15是表示圖14的垂直/水平線性插值單元的方框圖；圖16是表示圖15的插值單元的詳細(xì)的電路圖；圖17是表示按照應(yīng)用了圖1的兩維非線性插值系統(tǒng)的另一實(shí)施例的兩維混合插值系統(tǒng)的方框圖；和圖18是表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的兩維混合插值方法的流程圖。
下面，將參照附圖對(duì)按照本發(fā)明的基于邊緣信息的兩維非線性插值系統(tǒng)進(jìn)行描述。
參照?qǐng)D1，兩維非線性插值系統(tǒng)包括邊緣檢測(cè)器100、邊緣方向修改器110、靠近邊緣系數(shù)生成器120、非線性插值單元130、濾波系數(shù)生成器140和查閱表150。
邊緣檢測(cè)器100在通過(guò)輸入端子IN輸入的視頻信號(hào)中檢測(cè)邊緣信息并獲取像素之間的邊緣信息。
參照在四個(gè)相鄰像素中的中心點(diǎn)，邊緣方向修改器110修改由邊緣檢測(cè)器100檢測(cè)的邊緣信息并生成包括對(duì)角分量的被修改的邊緣信息MOD_EDG。這里，被修改的邊緣信息MOD_EDG可以分為邊界邊緣和中心邊緣。中心邊緣包括中心點(diǎn)上、下、左和右的內(nèi)部水平、垂直和對(duì)角分量。
靠近邊緣系數(shù)生成器120根據(jù)被修改的邊緣信息MOD_EDG變換插值位置生成變換后的插值位置(CX、CY)，并生成對(duì)應(yīng)于變換后的位置(CX、CY)的邊緣圖案EPX和EPY。變換后的插值位置(CX、CY)和邊緣圖案EPX和EPY被施加到濾波系數(shù)生成器140。響應(yīng)由濾波系數(shù)生成器140生成的一維非線性插值濾波系數(shù)TX和TY，靠近邊緣系數(shù)生成器120生成最終的兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE。兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE被確定為當(dāng)前插值位置周圍的四個(gè)相鄰像素與之相乘的系數(shù)。更具體地說(shuō)，W_NW表示左上像素與之相乘的系數(shù)，W_NE表示右上像素與之相乘的系數(shù)，W_SW表示左下像素與之相乘的系數(shù)，W_SE表示右下像素與之相乘的系數(shù)。
濾波系數(shù)生成器140根據(jù)插值點(diǎn)的位置并根據(jù)插值點(diǎn)的邊緣的類型從存儲(chǔ)在查閱表150的一維濾波系數(shù)中選擇一維濾波系數(shù)。濾波系數(shù)生成器140也對(duì)應(yīng)于變換后的插值位置(CX、CY)和邊緣圖案EPX和EPY在一維插值濾波系數(shù)中輸出濾波系數(shù)作為一維非線性插值系數(shù)TX和TY。查閱表150存儲(chǔ)與線性插值和非線性插值有關(guān)的一維濾波系數(shù)。查閱表150可以至少由只讀存儲(chǔ)器(ROM)實(shí)現(xiàn)。
非線性插值單元130用四個(gè)相鄰的像素乘以由靠近邊緣系數(shù)生成器120生成的各自最終的兩維非線性插值系數(shù)，由此執(zhí)行在插值點(diǎn)的插值，并通過(guò)輸出端子OUT輸出相乘的結(jié)果。例如，當(dāng)插值位置的坐標(biāo)為(x、y)并且插值位置周圍的四個(gè)相鄰的像素的位置分別由A、B、C和D表示時(shí)，在坐標(biāo)(x、y)的被插值的像素值I可以由A*(W_NW)＋B*(W_NE)＋C*(W_SW)＋D*(W_SE)表示。
圖2A和2B是表示圖1的修改器110的邊緣方向的輸出和操作的圖。圖2A表示對(duì)一3* 3塊的邊緣的修改，圖2B表示通過(guò)邊緣修改生成的邊界邊緣和中心邊緣。
參照?qǐng)D2A，交點(diǎn)(pivot)1至4的每一點(diǎn)為一3*3塊中的4個(gè)相鄰像素的中心點(diǎn)。在本發(fā)明中為了清晰地顯示圖形或文本的邊緣，通過(guò)修改邊緣的方向，僅由垂直和水平分量構(gòu)成的邊緣被修改為還包括對(duì)角分量的邊緣。由此，如圖2A所示，在一個(gè)交點(diǎn)周圍的4個(gè)相鄰像素中，獲得插值點(diǎn)周圍的中心邊緣和邊界邊緣，如圖2B所示。參照?qǐng)D2B，邊界邊緣包括由標(biāo)號(hào)數(shù)字0至7表示的部分，中心邊緣包括由標(biāo)號(hào)字符a至h表示的部分。因此，邊界邊緣和中心邊緣的每一個(gè)都用0-7或a-h8位表示。
圖3A至3C表示用于修改圖2A和2B所示的邊緣方向的所參照的多個(gè)圖案。具體地說(shuō)，圖3A至3C表示由一3*3塊中的邊緣的修改產(chǎn)生的圖案。在圖3A至3C中，B_M代表修改前的邊緣信息，A_M代表修改后的邊緣信息。
如圖3A至3C所示，在一3*3塊中的水平和垂直圖案多數(shù)被修改為對(duì)角分量。換句話說(shuō)，在本發(fā)明中，水平和垂直信息被修改為包括對(duì)角邊緣信息的邊緣信息。
圖4是表示圖1的靠近邊緣系數(shù)生成器120的詳細(xì)的方框圖。參照?qǐng)D4，靠近邊緣系數(shù)生成器120包括原型中心邊緣和旋轉(zhuǎn)角度確定器40、坐標(biāo)變換器42、邊緣圖案確定器44、靠近邊緣插值系數(shù)計(jì)算器46和坐標(biāo)再旋轉(zhuǎn)單元48。
原型中心邊緣和旋轉(zhuǎn)角度確定器40從邊緣方向修改器110接收被修改的邊緣信息MOD_EDG，并選擇原型中心邊緣P_CE?？梢杂?個(gè)不同的原型中心邊緣。原型中心邊緣和旋轉(zhuǎn)角度確定器40也對(duì)各自的原型中心邊緣P_CE確定旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG。換句話說(shuō)，為了僅使用6個(gè)原型中心邊緣P_CE顯示各種類型的邊緣，原型中心邊緣和旋轉(zhuǎn)角度確定器40將與原型中心邊緣P_CE之一具有相同形狀但不同角度的邊緣旋轉(zhuǎn)預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角度。下面將參照?qǐng)D5A至5F對(duì)具體的示例進(jìn)行描述。
坐標(biāo)變換器42根據(jù)由原型中心邊緣和旋轉(zhuǎn)角度確定器40確定的旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG變換當(dāng)前插值位置的坐標(biāo)(KX、KY)，并輸出變換后的插值位置坐標(biāo)(CX、CY)。
邊緣圖案確定器44接收變換后的插值位置坐標(biāo)(CX、CY)并響應(yīng)原型中心邊緣P_CE和邊界邊緣信息R_BOD_INF生成不同類型的邊緣圖案EPX和EPY。邊界邊緣信息R_BOD_INF指示已根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG旋轉(zhuǎn)的邊緣。每一邊緣圖案EPX和EPY可以是例如單個(gè)、成對(duì)的或周期的水平、垂直或?qū)沁吘?，下面將?duì)其說(shuō)明。邊緣圖案EPX和EPY被施加到圖1的濾波系數(shù)生成器140。
響應(yīng)原型中心邊緣P_CE，靠近邊緣插值系數(shù)計(jì)算器46對(duì)來(lái)自坐標(biāo)變換器42的變換的插值位置坐標(biāo)(CX、CY)以及來(lái)自濾波系數(shù)生成器140的一維非線性插值濾波系數(shù)TX和TY執(zhí)行操作，并依據(jù)操作的結(jié)果，生成靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW、WNE、WSW和WSE。
坐標(biāo)再旋轉(zhuǎn)單元48將靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW、WNE、WSW和WSE再旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG。換句話說(shuō)，原始插值位置旋轉(zhuǎn)了旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG，因此插值位置坐標(biāo)被變換。變換的插值位置按與原先旋轉(zhuǎn)相反的方向旋轉(zhuǎn)一旋轉(zhuǎn)角度使得原始插值位置被恢復(fù)。將邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW、WNE、WSW和WSE再旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG產(chǎn)生最終的兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE。
使用這種操作，按照本發(fā)明的兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE被生成。
圖5A至5F是說(shuō)明由圖4的原型中心邊緣和旋轉(zhuǎn)角度確定器40生成的原型中心邊緣P_CE和旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG的圖。參照?qǐng)D5A至5F，原型中心邊緣P_CE包括6種類型，即拐角型、垂直型、直線、十字交叉、半線和對(duì)角型。每種原型中心邊緣P_CE能夠用3位表示，并且旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG能夠用2位表示。
首先，將參照?qǐng)D5A對(duì)原型中心邊緣中的拐角型進(jìn)行描述。拐角型邊緣由數(shù)字值001表示。在圖5A的最左端的類型a1表示拐角型的原型中心邊緣。原型中心邊緣a1的旋轉(zhuǎn)角度被認(rèn)為為0°。原型中心邊緣a1由8位數(shù)字值1100_0000表示。當(dāng)圖5A的其它的中心邊緣a2、a3和a4被分別旋轉(zhuǎn)90°、180°和270°時(shí)，得到拐角型的原型中心邊緣a1。在圖5A中中心邊緣a2、a3和a4分別由數(shù)字值1100_0000、0011_0000、0110_0000表示。
圖5B表示垂直型原型中心邊緣。垂直型邊緣由數(shù)字值010表示。在圖5B的最左端的類型b1表示垂直型的原型中心邊緣。原型中心邊緣b1由8位數(shù)字值1100_0000表示。原型中心邊緣b1的旋轉(zhuǎn)角度被認(rèn)為為0°。當(dāng)圖5B的其它的中心邊緣b2、b3和b4被分別旋轉(zhuǎn)90°、180°和270°時(shí)，得到垂直型的原型中心邊緣b1。在圖5B中中心邊緣b2、b3和b4分別由8位數(shù)字值1101_0000、1011_0000、0111_0000表示。
圖5C表示直線的原型中心邊緣。直線邊緣由數(shù)字值011表示。在圖5C的最左端的類型c1表示直線的原型中心邊緣。原型中心邊緣c1由8位數(shù)字值1010_0000表示。原型中心邊緣c1的旋轉(zhuǎn)角度被認(rèn)為為0°。當(dāng)圖5C的其它的中心邊緣c2被旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，得到直線的原型中心邊緣c1。中心邊緣c2由8位數(shù)字值0101_0000表示。對(duì)直線型來(lái)說(shuō)，只有具有0°和90°的兩種邊緣。
圖5D表示十字交叉的原型中心邊緣d1。十字交叉邊緣由3位數(shù)字值100表示。十字交叉僅由一個(gè)中心邊緣表示。換句話說(shuō)，在十字交叉的情況下，沒有旋轉(zhuǎn)角度。十字交叉原型中心邊緣由8位數(shù)字值1111_0000表示。
圖5E表示半線原型中心邊緣。半線邊緣由數(shù)字值010表示。在圖5E的最左端的類型e1表示半線的原型中心邊緣。原型中心邊緣e1由8位數(shù)字值1000_0000表示。原型中心邊緣e1的旋轉(zhuǎn)角度被認(rèn)為為0°。當(dāng)圖5E的其它的中心邊緣e2、e3和e4被分別旋轉(zhuǎn)90°、180°和270°時(shí)，得到半線的原型中心邊緣e1。在圖5E中中心邊緣e2、e3和e4分別由8位數(shù)字值0001_0000、0010_0000、0100_0000表示。
圖5F表示對(duì)角型原型中心邊緣。對(duì)角型邊緣由數(shù)字值110表示。在圖5F的最左端的類型f1表示對(duì)角型的原型中心邊緣。原型中心邊緣f1由8位數(shù)字值0000_1000表示。原型中心邊緣f1的旋轉(zhuǎn)角度被認(rèn)為為0°。當(dāng)圖5F的其它的中心邊緣f2、f3和f4被分別旋轉(zhuǎn)90°、180°和270°時(shí)，得到對(duì)角型的原型中心邊緣f1。在圖5F中中心邊緣f2、f3和f4分別由8位數(shù)字值0000_0001、0000_0010、0000_0100表示。圖5F中的2個(gè)對(duì)角邊緣f5和f6表示成對(duì)的邊緣。換句話說(shuō)，對(duì)角邊緣f5的旋轉(zhuǎn)角度依據(jù)在x軸和y軸的插值位置的坐標(biāo)變化。當(dāng)x＋y超過(guò)1時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度為180°。當(dāng)x＋y為1或小于1時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度為0°。對(duì)角邊緣f5由數(shù)字值0000_1010表示。這里，認(rèn)為在對(duì)角邊緣f5的右側(cè)的外對(duì)角線為邊界邊緣。對(duì)于對(duì)角邊緣f6，當(dāng)x＜y時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度為270°，當(dāng)x≥y時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度為90°。對(duì)角邊緣f6由數(shù)字值0000_0101表示。
參照?qǐng)D5A至5F，根據(jù)上述的6個(gè)原型中心邊緣依據(jù)邊界邊緣存在或不存在確定單個(gè)、成對(duì)的或周期的邊緣類型。換句話說(shuō)，當(dāng)邊界邊緣不存在，單個(gè)邊緣類型被確定作為中心邊界類型。當(dāng)邊界邊緣僅存在于原型中心邊緣的一側(cè)，成對(duì)的邊緣類型被確定作為沿該側(cè)方向的中心邊緣類型。當(dāng)邊界邊緣存在于原型中心邊緣的兩側(cè)，周期的邊緣被確定作為中心邊緣類型。
圖6A至6B是說(shuō)明圖4的坐標(biāo)變換器42的操作的圖。圖6A表示變換前的插值位置(KX、KY)，圖6B表示根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG變換后得到的插值位置(CX、CY)。當(dāng)對(duì)原型中心邊緣旋轉(zhuǎn)角度被確定時(shí)，原始的插值位置與坐標(biāo)軸一起被變換。
在圖6A中，假設(shè)原始插值位置(KX、KY)為(x、y)，并且變換的插值位置(CX、CY)為(x′、y′)。圖6A的坐標(biāo)(x、y)經(jīng)過(guò)變換步驟并最終變換為如圖6B所示的(x′、y′)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為90°時(shí)，發(fā)生這種如圖6A和6B所示的坐標(biāo)變換。換句話說(shuō)，坐標(biāo)(x、y)被變換為(X、Y)，并且(X、Y)被變換為(X′、Y′)。(X′、Y′)被變換為(x′、y′)。這里，X＝x－0.5，Y＝y(tǒng)－0.5。假設(shè)x和y軸的每一個(gè)的長(zhǎng)度的最大值為1。從下面的方程式中得到X′和Y′。X′Y′=cosθ-sinθsinθcosθXY---(1)]]>方程式(1)可以被整理為方程式(2)，并且可以得到變換的插值位置的坐標(biāo)值X′和Y′。
x′＝X′＋0.5＝(cosθX－sinθY)＋0.5＝cosθx－sinθy＋(sinθ－cosθ＋1)*0.5y′＝Y(jié)′＋0.5＝(sinθX＋conθY)＋0.5＝sinθx＋cosθy＋(1－sinθ－cosθ)*0.5 (2)如上所述，從方程式(2)可以得到坐標(biāo)(x′、y′)。因此，響應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度的坐標(biāo)變換可以如表1所示排列。表1 如表1所示，在本發(fā)明中坐標(biāo)軸也根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG移動(dòng)，使得在通常的坐標(biāo)變換中由90°變換得到的坐標(biāo)和由270°變換得到的坐標(biāo)被切換。
圖7是表示圖4的靠近邊緣系數(shù)生成器120的邊緣圖案確定器44的詳細(xì)的方框圖。參照?qǐng)D7，邊緣圖案確定器44被實(shí)現(xiàn)作為多路復(fù)用器(MUX)70。
MUX70接收邊界邊緣信息R_BOD_INF作為輸入信號(hào)，接收原型中心邊緣P_CE和變換后的插值位置(CX、CY)作為選擇信號(hào)，并確定邊緣圖案EPX和EPY。這里，邊界邊緣信息R_BOD_INF能夠用8位表示。如前面所述，原型中心邊緣P_CE用3位表示。在圖7中，假設(shè)變換后的插值位置(CX、CY)用6位表示。MUX70的輸出包括左邊界邊緣L_BDR和右邊界邊緣R_BDR對(duì)，以及上邊界邊緣A_BDR和下邊界邊緣B_BDR對(duì)，并且每一對(duì)用2位表示。指示對(duì)角邊緣D_EDGE的一位被加到右和左邊緣的水平對(duì)，使得3位邊緣圖案EPX被生成。因此，沿對(duì)角方向的邊緣圖案和沿水平方向的邊緣圖案可以被同時(shí)表示。當(dāng)在3位中的最高有效位為1時(shí)，邊緣圖案EPX為對(duì)角邊緣，并且當(dāng)最高有效位為0時(shí)，邊緣圖案EPX為水平邊緣。當(dāng)邊緣圖案EPX的剩余位為00時(shí)，邊緣圖案EPX為單個(gè)邊緣。當(dāng)邊緣圖案EPX的剩余位為01時(shí)，邊緣圖案EPX為成對(duì)右邊緣。當(dāng)剩余位為10時(shí)，邊緣圖案EPX為成對(duì)左邊緣。當(dāng)剩余位為11時(shí)，邊緣圖案EPX為周期邊緣。沿垂直方向的邊緣圖案EPY是Y軸的坐標(biāo)，并且能夠用2位表示。以應(yīng)用到的邊緣圖案EPX同樣的方式，當(dāng)這2位為00時(shí)，邊緣圖案EPY為單個(gè)邊緣。當(dāng)這2位為10或01時(shí)，邊緣圖案EPY為成對(duì)上或下邊緣。當(dāng)這2位為11時(shí)，邊緣圖案EPY為周期邊緣。
圖8是表示圖4的靠近邊緣插值系數(shù)計(jì)算器46的詳細(xì)的方框圖。參照?qǐng)D4，靠近邊緣插值系數(shù)計(jì)算器46包括MUX 80和乘法器82、84、86和88。
MUX80接收從濾波系數(shù)生成器140輸出的一維非線性插值濾波系數(shù)TX和TY，從坐標(biāo)變換器42輸出的變換后的插值位置(CX、CY)，通過(guò)用1減每一坐標(biāo)CX、CY、TX和TY得到的值C_CX、C_CY、C_TX和C_TY，以及來(lái)自乘法器82輸出的靠近邊緣兩維插值系數(shù)WNW。在圖8中，C_TX、C_TY、C_CX和C_CY分別指示1_TX、1_TY、1_CX和1_CY。TX、TY、C_CX和C_CY的每一個(gè)值用10位來(lái)表示。CX、CY、C_CX和C_CY的每一個(gè)值用6位來(lái)表示。MUX80接收3位原型中心邊緣P_CE作為選擇信號(hào)，并響應(yīng)3位原型中心邊緣P_CE選擇性地輸出上述輸出。這里，在此例中，MUX80的每一數(shù)據(jù)輸出用10位表示。換句話說(shuō)，信號(hào)的6位外的剩余位用0填使得每一輸出數(shù)據(jù)能夠用相同位數(shù)來(lái)表示。
更具體地說(shuō)，乘法器82用TX乘以TY或C_CY，并僅取乘積的20位結(jié)果的上10位，由此生成第一靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW。乘法器84用第一靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW或值C_TX乘以TY或C_CY，并僅取乘積的20位結(jié)果的上10位，由此生成第二靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNE。乘法器86用第一靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW、TX或值C_CX乘以C_TY或CY，并僅取乘積的20位結(jié)果的上10位，由此生成第三靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WSW。乘法器88用第一靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW、CX或值C_TX乘以(CX＋CY－1)、CY或C_TY，并僅取乘積的20位結(jié)果的上10位，由此生成第四靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WSE。通過(guò)上述操作生成的靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW、WNE、WSW和WSE是兩維插值系數(shù)。其坐標(biāo)值再旋轉(zhuǎn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，從而輸出作為最終的兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE。
參照?qǐng)D9A至9F對(duì)生成靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW、WNE、WSW和WSE的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)描述。圖9A表示相對(duì)于拐角型原型中心邊緣生成靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW、WNE、WSW和WSE的計(jì)算過(guò)程。如圖9A所示，所有方向中的四個(gè)相鄰的像素分別用NW、SW、NE和SE表示?？紤]像素的當(dāng)前位置設(shè)定的水平坐標(biāo)和垂直坐標(biāo)分別用CX和CY表示。這些坐標(biāo)(CX、CY)為變換后的插值位置的坐標(biāo)。這里，作為由坐標(biāo)CX和CY指定的參數(shù)的任意插值位置Z可以表示為方程式(3)。
Z＝(SW－SE)(C_CX)＋(NE－SE)*C_CY＋SE(3)參照表示拐角型原型中心邊緣情況的圖9A，從TX*TY獲得系數(shù)WNW。根據(jù)方程(3)，任意的插值位置Z也可以表示為方程式(4)。
W＝WNW*NW＋(1－WNW)*Z＝WNW*NW＋(1－WNW)*「(C_CX)*SW＋(C_CY)*NE＋(CX＋CY－1)*SE 」(4)因此，可以從方程式(4)得到加權(quán)W，即靠近邊緣兩維非線性系數(shù)WNW、WNE、WSW和WSE，插值位置Z的外圍像素NW、SW、NE和SE與該加權(quán)相乘。這里，WNE從(1-WNW)*C_CY得到，WSW從(1-WNW)*C_CX得到，WSE從(1-WNW)*(CX＋CY－1)得到。
圖9B至9F表示相對(duì)于原型中心邊緣而不是拐角原型中心邊緣計(jì)算靠近邊緣兩維非線性系數(shù)的過(guò)程。在圖9B至9F中，假設(shè)各個(gè)系數(shù)x和y的判定函數(shù)是獨(dú)立的。與圖9A的拐角原型中心邊緣相比，在圖9E所示的半線的原型中心邊緣的情況下，關(guān)于位置A和B的信息可以表示為方程式(5)A＝TX*NW＋(1－TX)*NEB＝C_CX*SW＋CX*SE (5)因此，插值位置Z作為考慮了位置A和B設(shè)定的參數(shù)可以表示為方程式(6)。
Z＝CY*C_CX*SW＋CY*CX*SE＋C_CX*TX*NW＋C_CY*C_TX*NE(6)在如圖9F所示的對(duì)角原型中心邊緣的情況下，確定CX和CY的和是否超過(guò)1，并且依據(jù)確定的結(jié)果計(jì)算系數(shù)WNW、WNE、WSW和WSE。例如，當(dāng)CX和CY的和超過(guò)1時(shí)，系數(shù)WNW被設(shè)為0。當(dāng)該和沒超過(guò)1時(shí)，系數(shù)WNW被設(shè)為T(X＋Y)。剩余的系數(shù)如圖9F所示進(jìn)行計(jì)算。
圖10是表示圖1的濾波系數(shù)生成器140的詳細(xì)的方框圖。濾波系數(shù)生成器140包括控制器900、縮放比率選擇器910、模式選擇器920、子程序處理器970、ROM MUX940、算術(shù)邏輯單元(ALU)930、存儲(chǔ)器塊950、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)MUX960和ALU MUX980。為了描述清楚起見，查閱表150與系數(shù)生成器140一起表示。
參照?qǐng)D10，控制器900響應(yīng)復(fù)位信號(hào)RESET復(fù)位，并根據(jù)由用戶選擇的縮放比率U_RAT控制如對(duì)子程序的處理和存儲(chǔ)器塊950的操作的總體處理。
當(dāng)執(zhí)行縮放功能時(shí)，縮放比率選擇器910響應(yīng)水平輸入大小HINPEL、水平輸出大小HOUTPEL、垂直輸入大小VINPEL、垂直輸出大小VOUTPEL和由用戶輸入的縮放比率U_RAT設(shè)定用于放大屏幕的縮放比率。
模式選擇器920在控制器900的控制下響應(yīng)從外部施加的視頻模式選擇信號(hào)確定視頻輸出模式。視頻模式選擇信號(hào)為RGB信息RGB、肖像模式信息PORTRIT和邊緣信息EDGE。在本發(fā)明中，依據(jù)邊緣線性EDGE選擇非線性插值或線性插值。
當(dāng)執(zhí)行放大屏幕的縮放功能時(shí)，子程序處理器970依據(jù)邊緣信息EDGE確定是否處理與線性插值有關(guān)的子程序或與非線性插值有關(guān)的子程序。子程序處理器970也調(diào)用對(duì)應(yīng)于確定結(jié)果的子程序并對(duì)其進(jìn)行處理。對(duì)這些操作，子程序處理器970包括子程序調(diào)用程序972、線性系數(shù)計(jì)算子程序974、非線性邊緣計(jì)算子程序976和非線性變量計(jì)算子程序978。
更具體地說(shuō)，子程序調(diào)用程序972根據(jù)從外部施加的邊緣信息EDGE以及由模式選擇器920選擇的視頻輸出模式調(diào)用相應(yīng)的子程序。例如，將對(duì)邊緣信息不存在的部分執(zhí)行線性插值，因此執(zhí)行線性系數(shù)計(jì)算子程序974。線性系數(shù)計(jì)算子程序974是用于計(jì)算信息插值所需要的濾波系數(shù)的程序，并用一維系數(shù)從查閱表150載入。子程序調(diào)用程序972對(duì)視頻信號(hào)中的邊緣部分調(diào)用并操作非線性邊緣計(jì)算子程序976以及非線性變量計(jì)算子程序978。這里，非線性邊緣計(jì)算子程序976使用存儲(chǔ)在查閱表150中的一維濾波線性計(jì)算像素中的邊緣。非線性變量計(jì)算子程序978依據(jù)在非線性插值中的縮放比率計(jì)算需要的變量。如果需要，非線性變量計(jì)算子程序978使用存儲(chǔ)在查閱表150中的一維濾波系數(shù)。如上所述，子程序974、976和978中的每一個(gè)使用ALU930至ALU MUX980執(zhí)行算術(shù)和邏輯操作。
參照?qǐng)D10，查閱表150由2個(gè)ROM構(gòu)成，一個(gè)為系數(shù)ROM152，一個(gè)為視窗ROM154。系數(shù)ROM152存儲(chǔ)一維濾波系數(shù)，視窗ROM154存儲(chǔ)視窗系數(shù)。這里，濾波系數(shù)和視窗系數(shù)通過(guò)ROM MUX940可以施加到子程序處理器970或存儲(chǔ)器塊950。
子程序處理器970的操作的結(jié)果被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器塊950中。存儲(chǔ)器塊950包括第一RAM952和第二RAM954。第一RAM952存儲(chǔ)依據(jù)線性插值期間的縮放比率所計(jì)算的濾波插值系數(shù)。如上所述，在線性插值的情況下，插值系數(shù)依據(jù)由用戶選擇的縮放比率變化。變化的系數(shù)被存儲(chǔ)在第一RAM952中。第二RAM954存儲(chǔ)根據(jù)非線性插值期間的濾波類型、縮放比率或邊緣類型計(jì)算的一維濾波插值系數(shù)。這里，一維濾波插值系數(shù)可以由sinc函數(shù)或三次樣條函數(shù)(cubic spline function)計(jì)算。
為了視頻信號(hào)的同步，RAM MUX960從外部接收水平和垂直同步信號(hào)HSYNC和VSYNC，并傳送到存儲(chǔ)器塊950與水平信號(hào)同步。RAM MUX960也接收作為地址的水平和垂直地址HADDR和VADDR、由圖4的坐標(biāo)變換器42生成的變換后的插值位置值CX和CY以及從圖4的邊緣圖案確定器44輸出的邊緣圖案EPX和EPY，并將其傳送到存儲(chǔ)器塊950。水平和垂直地址HADDR和VADDR被施加到第一RAM952作為線性插值的地址。例如，每一個(gè)水平和垂直地址HADDR和VADDR的大小可以是5位。這里，第一RAM952響應(yīng)水平和垂直地址HADDR和VADDR輸出一維線性插值系數(shù)H_CO和V_CO。第二RAM954接收變換后的插值位置值CX和CY以及邊緣圖案EPX和EPY作為地址，并生成一維非線性插值濾波系數(shù)TX和TY或C_TX和C_TY。
圖11是表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的兩維非線性插值方法的流程圖。下面參照?qǐng)D1至11對(duì)按照本發(fā)明的實(shí)施例的兩維非線性插值方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
在步驟200，圖1的邊緣檢測(cè)器100從視頻信號(hào)檢測(cè)邊緣信息。在步驟220，檢測(cè)的邊緣信息被輸入到邊緣方向修改器110，并被修改為邊界邊緣和中心邊緣。如上所述，中心邊緣包括水平、垂直和對(duì)角分量。
在步驟240，靠近邊緣系數(shù)生成器120響應(yīng)被修改的邊緣線性MOD_EDG和一維非線性插值濾波系數(shù)TX和TY生成兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE。更具體地說(shuō)，在步驟241，在靠近邊緣系數(shù)生成器120中的原型中心邊緣和旋轉(zhuǎn)角度確定器40根據(jù)被修改的邊緣信息MOD_EDG確定原型中心邊緣P_CE和對(duì)應(yīng)于原型中心邊緣P_CE的旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG。在步驟242中，坐標(biāo)變換器42根據(jù)確定的旋轉(zhuǎn)角度ROT_ANG變換當(dāng)前插值位置的坐標(biāo)(KX、KY)。這里，得到變換后的插值位置的坐標(biāo)(CX、CY)。
在步驟243，邊緣圖案確定器44響應(yīng)原型中心邊緣P_CE和邊界邊緣信息R_BOD_INF生成不同類型的邊緣圖案EPX和EPY。在步驟244，濾波系數(shù)生成器140響應(yīng)邊緣圖案EPX和EPY、變換后的插值位置的坐標(biāo)(CX、CY)和預(yù)定的一維濾波系數(shù)，生成一維非線性插值濾波系數(shù)TX和TY。在步驟245，靠近邊緣插值系數(shù)計(jì)算器46響應(yīng)原型中心邊緣P_CE、變換后的插值位置的坐標(biāo)(CX、CY)和一維非線性插值濾波系數(shù)TX和TY，生成靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW、WNE、WSW和WSE。在步驟246，坐標(biāo)再旋轉(zhuǎn)單元48將靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)WNW、WNE、WSW和WSE再旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)角度，并生成最終的兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE。
在步驟280，非線性插值單元130用插值位置的4個(gè)相鄰像素分別乘以最終的兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE，由此非線性地插值靠近邊緣的視頻信號(hào)。
通過(guò)這種操作，按照本發(fā)明的兩維非線性視頻插值系統(tǒng)執(zhí)行視頻插值。換句話說(shuō)，在本發(fā)明中，考慮了8個(gè)方向?qū)Πㄟ吘壍膱D像的部分執(zhí)行插值，即，上、下、右、左和對(duì)角方向，由此實(shí)現(xiàn)靠近邊緣的最優(yōu)插值。
下面參照附圖對(duì)按照本發(fā)明的兩維混合插值系統(tǒng)進(jìn)行描述。
圖12是表示按照應(yīng)用了圖1的兩維非線性插值系統(tǒng)的實(shí)施例的兩維混合插值系統(tǒng)的方框圖。按照本發(fā)明的兩維混合插值系統(tǒng)包括邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330、線性插值單元300、非線性插值單元310和MUX320。圖12中的邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330和非線性插值單元310構(gòu)成圖1的兩維非線性插值系統(tǒng)。因此，邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330的部件用與圖1的相同的標(biāo)號(hào)表示。
參照?qǐng)D12，邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330從輸入的視頻信號(hào)檢測(cè)像素中的邊緣信息，并根據(jù)檢測(cè)的邊緣信息得到兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE。邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330生成指示在被插值的像素周圍的多個(gè)相鄰像素中邊緣是否存在的邊緣信號(hào)EDG。邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330的部件在圖1中已進(jìn)行了詳細(xì)描述，因此省去了對(duì)其的詳細(xì)描述。
線性插值單元300使用要被插值的像素周圍的n*n像素執(zhí)行n路(tap)兩維線性插值。例如，線性插值單元300使用垂直線性插值系數(shù)Cv1-Cvn在垂直方向執(zhí)行線性插值。接著，線性插值單元300使用水平線性插值系數(shù)Ch1-Chn在水平方向執(zhí)行線性插值，由此最終線性地輸出被插值的像素。
非線性插值單元310用被插值的像素周圍的4個(gè)相鄰的像素分別乘以兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE，由此對(duì)被插值的像素執(zhí)行非線性插值。參照?qǐng)D1提供了對(duì)其詳細(xì)的描述。
MUX320響應(yīng)由邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330生成的邊緣信息選擇由線性插值單元300生成的被線性插值的像素或由非線性插值單元310生成的被非線性插值的像素。換句話說(shuō)，當(dāng)靠近被插值的像素邊緣存在時(shí)，MUX320選擇被非線性插值的像素，當(dāng)靠近被插值的像素邊緣不存在時(shí)，MUX選擇被線性插值的像素，并輸出所選擇的像素到輸出端子0UT。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明提供的、用于改進(jìn)邊緣分辨率的兩維混合插值系統(tǒng)響應(yīng)邊緣信號(hào)EDG使用線性插值單元300在圖形邊緣未被檢測(cè)的區(qū)域執(zhí)行兩維線性插值，并根據(jù)邊緣的類型使用非線性插值單元310在圖形邊緣被檢測(cè)的區(qū)域執(zhí)行非線性插值。因此，即使圖像被放大，也能保持圖形邊緣的形狀，由此防止了由于圖像放大引起的圖片質(zhì)量降低。
圖13是說(shuō)明分別由圖12的線性插值單元300和非線性插值單元310執(zhí)行的兩維線性插值和非線性插值的圖。為了描述清楚起見，將參照?qǐng)D13對(duì)8路兩維線性插值進(jìn)行描述。
參照?qǐng)D13，在兩維線性插值期間，在垂直方向使用被插值像素周圍的8*8像素P11-P88執(zhí)行線性插值，由此在垂直方向生成被插值的像素11-18。此后，在水平方向使用被垂直插值像素11-18執(zhí)行線性插值，由此最終得到被線性地插值的像素1px。此外，在靠近邊緣插值期間，即非線性插值，在被插值像素1px周圍的4個(gè)像素P44、P54、P45和P55乘以兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE，由此得到被非線性插值的像素1px。
圖14是表示圖12的線性插值單元300的方框圖。參照?qǐng)D14，線性插值單元300包括垂直線性插值單元500和水平線性插值單元510。
參照?qǐng)D13和圖14，垂直線性插值單元500使用垂直線性插值系數(shù)Cv1-Cvn對(duì)像素P11-P81、P12-P82、…、和P18-P88的8個(gè)獨(dú)立的列執(zhí)行垂直線性插值，由此生成被垂直地插值的像素11-18。水平線性插值單元510使用8個(gè)被垂直插值的像素11-18和水平線性插值系數(shù)Ch1-Ch8執(zhí)行水平線性插值，由此最終得到被線性地插值的像素1px。水平線性插值單元510輸出被線性地插值的像素1px到輸出端子OUT。
圖15是表示圖14的垂直/水平線性插值單元500或510的方框圖。參照?qǐng)D15，垂直/水平線性插值單元500或510包括垂直/水平邊界處理器520、輸入數(shù)據(jù)選擇器530和插值單元540。
參照?qǐng)D15，當(dāng)靠近被插值的像素屏幕的垂直/水平邊界存在時(shí)，垂直/水平邊界處理器520響應(yīng)屏幕的垂直/水平邊界信息V_BND/H_BND拷貝相鄰垂直/水平邊界的像素，并生成和輸出用于線性插值的8個(gè)像素。
當(dāng)在用于線性插值的像素中存在邊緣時(shí)，輸入數(shù)據(jù)選擇器530響應(yīng)垂直/水平邊界信息V_BND/H_BND處理該像素。例如，在圖13中，當(dāng)像素14被插值并且在像素P44和P34之間存在邊緣時(shí)，輸入數(shù)據(jù)選擇器530在像素14的垂直行不使用全部的8個(gè)像素P14-P84。換句話說(shuō)，像素P14-P34未被使用，在像素P14-P34中由于在像素P44和P34之間的邊緣圖像快速地變化。而是相鄰該邊緣的像素P44被拷貝到像素P14-P34的位置，并且被拷貝的像素被用于線性插值。
插值單元540通過(guò)用從輸入數(shù)據(jù)選擇器530輸出的8個(gè)像素乘以垂直/水平線性插值系數(shù)Cv1-Cv8/Ch1-Ch8執(zhí)行線性插值，并輸出線性插值的結(jié)果到輸出端子OUT。
圖16是表示圖15的插值單元540的詳細(xì)的電路圖。參照?qǐng)D16，插值單元540包括8個(gè)乘法器542、544、…、和546以及加法器548。在圖16中，被用于線性插值的8個(gè)像素P1-P8和8個(gè)垂直/水平線性插值系數(shù)Cv1-Cv8/Ch1-Ch8被分別輸入到8個(gè)乘法器542-546。乘法器542-546的每一個(gè)將輸入像素乘以輸入插值系數(shù)，并輸出相乘的結(jié)果到加法器548。加法器548對(duì)來(lái)自8個(gè)乘法器542-546的輸出求和，并最終輸出被垂直/水平插值的像素到輸出端子OUT。
圖17是表示按照另一實(shí)施例的兩維混合插值系統(tǒng)的方框圖。該兩維混合插值系統(tǒng)包括邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330、垂直線性插值單元600、第一MUX610、水平和靠近邊緣插值單元620以及第二MUX630。在圖7中邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330與圖12的相同，因此使用了相同的標(biāo)號(hào)，并且省去了對(duì)其結(jié)構(gòu)和操作的詳細(xì)描述。
垂直線性插值單元600使用被插值像素周圍的n*n像素和多個(gè)垂直線性插值系數(shù)Cv1-Cvn執(zhí)行垂直線性插值。例如，參照?qǐng)D13，垂直線性插值單元600使用8*8像素P11-P88和垂直線性插值系數(shù)Cv1-Cvn執(zhí)行垂直線性插值，并生成被垂直插值的像素11-18。
響應(yīng)邊緣信號(hào)EDG，第一MUX610選擇從垂直線性插值單元600輸出的被垂直插值的像素或在被插值像素周圍的4個(gè)像素PNE、PNW、PSE和PSW，并輸出所選擇的像素。換句話說(shuō)，當(dāng)靠近被插值像素存在邊緣時(shí)，第一MUX610選擇并輸出被插值像素周圍的4個(gè)像素PNE、PNW、PSE和PSW。當(dāng)不存在靠近被插值像素的邊緣時(shí)，第一MUX610選擇并輸出從垂直線性插值單元600輸出的被垂直插值的像素。
第二MUX630響應(yīng)邊緣信號(hào)EDG選擇性地輸出多個(gè)水平插值系數(shù)Ch1-Chn或兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE。換句話說(shuō)，當(dāng)靠近被插值像素存在邊緣時(shí)，第二MUX630選擇并輸出由邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330生成的兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE。另一方面，當(dāng)靠近被插值像素不存在邊緣時(shí)，第二MUX630選擇并輸出水平插值系數(shù)Ch1-Chn。
水平和靠近邊緣插值單元620將由第一MUX610所選擇并輸出的像素乘以由第二MUX630所選擇并輸出的插值系數(shù)，并通過(guò)輸出端子OUT輸出被插值的像素。例如，當(dāng)靠近被插值像素存在邊緣時(shí)，水平和靠近邊緣插值單元620接收被插值像素周圍的4個(gè)像素PNE、PNW、PSE和PSW和多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE，并執(zhí)行非線性。另一方面，當(dāng)靠近被插值像素不存在邊緣時(shí)，水平和靠近邊緣插值單元620接收從第一MUX610輸出的被垂直插值的像素和水平插值系數(shù)Ch1-Chn，并執(zhí)行水平線性插值。
如上所述，通過(guò)用用于插值的像素乘以各自的插值系數(shù)并將相乘的結(jié)果相加實(shí)現(xiàn)插值。換句話說(shuō)，執(zhí)行插值需要乘法器和加法器。在本發(fā)明的實(shí)施例中，插值所需的乘法器和加法器可以被共同用于水平線性插值和非線性插值，因此能夠簡(jiǎn)化電路的結(jié)構(gòu)。
圖18是表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的兩維混合插值方法的流程圖。參照?qǐng)D12和18，在步驟640，邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330從通過(guò)輸入端子IN輸入的視頻信號(hào)檢測(cè)像素中的邊緣信息，并根據(jù)預(yù)定邊緣圖案修改檢測(cè)的邊緣信息。
在步驟650，邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元330在被插值像素周圍的多個(gè)像素中根據(jù)邊緣的被修改的形狀得到多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)。
在步驟660，確定是否在被插值像素周圍的多個(gè)像素中存在邊緣。當(dāng)確定邊緣不存在，在步驟670，使用被插值像素周圍的n*n像素執(zhí)行第n次線性插值。例如，如上所述，使用垂直線性插值系數(shù)Cv1-Cvn執(zhí)行垂直線性插值，接著使用水平線性插值系數(shù)Ch1-Chn執(zhí)行水平線性插值，因此最終被線性插值的像素被輸出。
另一方面，當(dāng)確定邊緣存在時(shí)，在步驟680，在被插值像素周圍的4個(gè)像素乘以兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE，由此對(duì)靠近邊緣的被插值像素執(zhí)行非線性插值。
雖然未在圖中被示出，但圖18的步驟660至680可以進(jìn)行如下修改。參照?qǐng)D17，在步驟650后，垂直線性插值單元600執(zhí)行并生成n個(gè)被垂直插值的像素。此后，根據(jù)邊緣信號(hào)EDG確定是否在被插值像素的周圍的多個(gè)像素中存在邊緣。當(dāng)確定靠近被插值像素存在邊緣時(shí)，水平和靠近邊緣插值單元620用來(lái)自第一MUX610的4個(gè)像素PNE、PNW、PSE和PSW乘以來(lái)自第二MUX630的多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)W_NW、W_NE、W_SW和W_SE，由此對(duì)靠近邊緣的被插值像素執(zhí)行非線性插值。
另一方面，當(dāng)確定靠近被插值像素不存在邊緣時(shí)，水平和靠近邊緣插值單元620用從第一MUX610輸出的被垂直插值的系數(shù)乘以來(lái)自從第二MUX630的水平插值系數(shù)Ch1-Chn，由此對(duì)被插值像素執(zhí)行水平線性插值。
如上所述，用按照本發(fā)明的兩維混合插值系統(tǒng)和方法，依據(jù)靠近被插值的像素是否存在邊緣有選擇地執(zhí)行線性插值或非線性插值。因此即使當(dāng)包括圖形圖像和自然圖像的視頻圖像被放大時(shí)，視頻圖像的分辨率也能夠被保持，而不會(huì)使圖形邊緣惡化。
附圖和說(shuō)明書公開了優(yōu)選實(shí)施例。這里，使用了專門的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)僅是用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，而不是為了限制含義或限制由后面的權(quán)利要求書所闡述的本發(fā)明的范圍。
按照本發(fā)明，即使當(dāng)使用非線性插值放大視頻圖像時(shí)，文本或圖形圖像的分辨率也能夠被保持，而沒有邊緣的畸變和失真。此外，本發(fā)明僅在輸入視頻信號(hào)中對(duì)邊緣被檢測(cè)的部分執(zhí)行兩維非線性插值，并對(duì)邊緣沒有被檢測(cè)的部分執(zhí)行線性插值，使得依據(jù)視頻信號(hào)的特性能夠?qū)Π▓D形和自然圖像的視頻圖像執(zhí)行有效的插值，而圖形邊緣不會(huì)惡化。
雖然參照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了特定的表示和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由后附的權(quán)利要求限定的精神和范圍內(nèi)，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種插值系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括邊緣檢測(cè)器，用于從通過(guò)輸入端子施加的視頻信號(hào)檢測(cè)像素中的邊緣信息；邊緣方向修改器，用于根據(jù)在插值位置的周圍像素的中心點(diǎn)變換由邊緣檢測(cè)器檢測(cè)的邊緣信息并輸出被修改的邊緣信息；靠近邊緣系數(shù)生成器，用于根據(jù)被修改的邊緣信息變換插值位置的坐標(biāo)生成變換后的插值位置，生成對(duì)應(yīng)于變換后的位置的邊緣圖案，并響應(yīng)預(yù)定的一維非線性插值濾波系數(shù)生成多個(gè)兩維插值系數(shù)；濾波系數(shù)生成器，用于響應(yīng)變換后的插值位置坐標(biāo)，邊緣圖案和預(yù)定的一維濾波系數(shù)生成一維非線性插值濾波系數(shù)；和非線性插值單元，用于用與外圍像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)執(zhí)行非線性插值。
2.如權(quán)利要求1所述的插值系統(tǒng)，其中邊緣方向修改器根據(jù)插值位置周圍的4個(gè)像素的中心點(diǎn)生成包括中心邊緣和邊界邊緣的被修改的邊緣信息，所述中心邊緣包括水平、垂直和對(duì)角分量。
3.如權(quán)利要求2所述的插值系統(tǒng)，其中靠近邊緣系數(shù)生成器包括原型中心邊緣和旋轉(zhuǎn)角度確定器，用于接收被修改的邊緣信息，并確定原型中心邊緣，包括邊緣形狀的基準(zhǔn)，和對(duì)應(yīng)于原型中心邊緣的旋轉(zhuǎn)角度；坐標(biāo)變換器，用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度變換插值位置的坐標(biāo)，并輸出變換后的坐標(biāo)作為變換后的插值位置；邊緣圖案確定器，用于接收變換后的插值位置坐標(biāo)并響應(yīng)邊界邊緣和原型中心邊緣生成不同類型的邊緣圖案；靠近邊緣插值系數(shù)計(jì)算器，用于響應(yīng)原型中心邊緣對(duì)變換后的插值位置和一維非線性插值濾波系數(shù)執(zhí)行操作，并響應(yīng)該操作的結(jié)果，生成第一至第四靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)；坐標(biāo)再旋轉(zhuǎn)單元，用于將第一至第四靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)再旋轉(zhuǎn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，并輸出再旋轉(zhuǎn)的系數(shù)作為兩維非線性插值系數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的插值系統(tǒng)，其中依據(jù)中心邊緣的形狀由原型中心邊緣和旋轉(zhuǎn)角度確定器生成的原型中心邊緣是拐角型邊緣、垂直型邊緣、直線邊緣、十字交叉邊緣、半線邊緣和對(duì)角型邊緣其中的一種，并且除十字交叉型外，5種類型中的每一種原型中心邊緣可以使用角度0°、90°、180°和270°中的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度來(lái)表示。
5.如權(quán)利要求3所述的插值系統(tǒng)，其中變換后的插值位置的坐標(biāo)根據(jù)下述關(guān)系獲得X′Y′=cosθ-sinθsinθcosθXY]]>X＝x－0.5，Y＝Y(jié)－0.5x′＝cosθx－sinθy＋(sinθ－cosθ＋1)*0.5y′＝＝sinθx＋cosθy＋(1－sinθ－cosθ)*0.5其中，x和y是插值位置的坐標(biāo)，x′和y′是變換后的插值位置的坐標(biāo)，θ代表旋轉(zhuǎn)角度。
6.如權(quán)利要求3所述的插值系統(tǒng)，其中邊緣圖案確定器依據(jù)根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度被旋轉(zhuǎn)的邊界邊緣是否存在將邊緣圖案分為單個(gè)邊緣圖案、成對(duì)邊緣圖案和周期邊緣圖案。
7.如權(quán)利要求6所述的插值系統(tǒng)，其中邊界圖案確定器包括用于接收被旋的轉(zhuǎn)邊界邊緣的位作為輸入信號(hào)的乘法器，并響應(yīng)指示原型中心邊緣和被變換的插值位置的坐標(biāo)的預(yù)定的數(shù)據(jù)的位選擇性地輸出被選擇的邊界邊緣的位，在該乘法器的輸出中通過(guò)將指示對(duì)角邊緣的預(yù)定的位加到水平邊界邊緣輸出水平和對(duì)角邊緣圖案，并在該乘法器的輸出中輸出垂直邊界邊緣作為垂直邊界圖案。
8.如權(quán)利要求6所述的插值系統(tǒng)，其中靠近邊緣插值系數(shù)計(jì)算器包括多路復(fù)用器，用于接收一維非線性濾波插值系數(shù)的坐標(biāo)、變換后的插值位置的坐標(biāo)、作為多個(gè)輸入的坐標(biāo)和靠近邊緣兩維插值系數(shù)之一的余數(shù)、以及作為選擇信號(hào)指示原型中心邊緣的預(yù)定的位的數(shù)據(jù)；和多個(gè)乘法器，用于合并多路復(fù)用器的輸出，用合并后的輸出互乘，并輸出相乘的結(jié)果作為第一至第四靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的插值系統(tǒng)，還包括存儲(chǔ)一維濾波系數(shù)的查閱表。
10.一種對(duì)輸入視頻信號(hào)執(zhí)行兩維非線性插值的方法，該方法包括(a)從輸入的視頻信號(hào)檢測(cè)邊緣信息；(b)修改檢測(cè)的邊緣信息以生成被修改的邊緣信息；(c)響應(yīng)被修改的邊緣信息和預(yù)定的一維非線性插值濾波系數(shù)，生成兩維非線性插值系數(shù)；(d)與當(dāng)前插值位置周圍的外圍像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以兩維非線性插值系數(shù)，由此對(duì)視頻信號(hào)執(zhí)行非線性插值。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(c)包括(c1)接收被修改的邊緣信息，在多個(gè)原型中心邊緣中確定一個(gè)作為中心邊緣類型，并對(duì)應(yīng)所選擇的原型中心邊緣確定旋轉(zhuǎn)角度；(c2)根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度變換當(dāng)前插值位置的坐標(biāo)，并生成變換后的插值位置坐標(biāo)；(c3)響應(yīng)變換后的插值位置坐標(biāo)和被修改的邊緣線性的邊界邊緣，生成多個(gè)邊界邊緣；(c4)響應(yīng)變換后的插值位置坐標(biāo)、多個(gè)邊緣圖案和預(yù)定的一維濾波系數(shù)，生成一維非線性插值濾波系數(shù)；(c5)響應(yīng)原型中心邊緣、變換后的插值位置坐標(biāo)和一維非線性插值濾波系數(shù)，生成靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)；(c6)將靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)再旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)角度并輸出再旋轉(zhuǎn)的結(jié)果作為兩維非線性插值系數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在步驟(c1)，依據(jù)中心邊緣的形狀原型中心邊緣包括拐角型邊緣、垂直型邊緣、直線邊緣、十字交叉邊緣、半線邊緣和對(duì)角型邊緣其中的至少一種，并且除十字交叉型外，5種類型中的每一種原型中心邊緣可以使用角度0°、90°、180°和270°中的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度來(lái)表示。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在步驟(c3)生成邊緣圖案，該邊緣圖案依據(jù)被旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)角度的邊界邊緣是否存在被分為單個(gè)邊緣圖案、成對(duì)邊緣圖案和周期邊緣圖案。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在步驟(c5)包括子步驟(c51)選擇性地輸出一維非線性濾波插值系數(shù)的坐標(biāo)、變換后的插值位置的坐標(biāo)和作為垂直和水平值的該坐標(biāo)的余數(shù)；和(c52)合并有選擇地輸出的值，用合并后的值互乘，并輸出相乘的結(jié)果作為靠近邊緣兩維非線性插值系數(shù)。
15.一種兩維混合插值系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元，用于從通過(guò)輸入端子輸入的視頻信號(hào)檢測(cè)像素中的邊緣信息，根據(jù)預(yù)定的邊緣圖案修改檢測(cè)的邊緣信息，根據(jù)在被插值的像素周圍的多個(gè)相鄰像素中被修改的邊緣信息獲得多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)，并在被插值的像素周圍的多個(gè)相鄰像素中生成指示邊緣不存在或存在的邊緣信號(hào)；線性插值單元，用于用與被插值的像素周圍的n*n像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以垂直插值系數(shù)和水平插值系數(shù)以執(zhí)行線性插值；非線性插值單元，用于用與多個(gè)相鄰像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)以執(zhí)行靠近邊緣的非線性插值；和多路復(fù)用器，用于響應(yīng)邊緣信息從線性插值單元選擇性地輸出被插值的像素，或從非插值單元輸出被插值的像素。
16.如權(quán)利要求15所述的兩維混合插值系統(tǒng)，其中邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元包括邊緣檢測(cè)器，用于從視頻信號(hào)檢測(cè)像素中的邊緣信息；邊緣方向修改器，用于根據(jù)在插值位置的周圍的相鄰像素的交點(diǎn)修改由邊緣檢測(cè)器檢測(cè)的邊緣信息并輸出被修改的邊緣信息；邊緣系數(shù)生成器，用于根據(jù)被修改的邊緣信息變換插值位置的坐標(biāo)生成變換后的插值位置，生成對(duì)應(yīng)于變換后的位置的邊緣圖案，并響應(yīng)預(yù)定的一維非線性插值濾波系數(shù)生成多個(gè)兩維插值系數(shù)；和濾波系數(shù)生成器，用于響應(yīng)變換后的插值位置坐標(biāo)，邊緣圖案和預(yù)定的一維濾波系數(shù)生成一維非線性插值濾波系數(shù)。
17.一種兩維混合插值系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括邊緣檢測(cè)和非線性插值系數(shù)生成單元，用于從通過(guò)輸入端子輸入的視頻信號(hào)檢測(cè)像素中的邊緣信息，根據(jù)預(yù)定的邊緣圖案修改檢測(cè)的邊緣信息，根據(jù)在被插值的像素周圍的多個(gè)相鄰像素中被修改的邊緣信息獲得多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)，并在被插值的像素周圍的多個(gè)相鄰像素中生成指示邊緣不存在或存在的邊緣信號(hào)；垂直插值單元，用于用與被插值的像素周圍的n*n像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以多個(gè)垂直插值系數(shù)以執(zhí)行垂直插值；第一多路復(fù)用器，用于響應(yīng)邊緣信號(hào)從垂直線性插值單元選擇性地輸出被插值的像素或多個(gè)相鄰像素；第二多路復(fù)用器，用于響應(yīng)邊緣信號(hào)選擇性地輸出多個(gè)水平插值系數(shù)或多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)；和水平和靠近邊緣插值單元，用于用與從第一多路復(fù)用器選擇性輸出的像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以從第二多路復(fù)用器選擇性輸出的插值系數(shù)以執(zhí)行水平插值或非靠近邊緣的線性插值。
18.一種對(duì)輸入視頻信號(hào)執(zhí)行兩維混合插值的方法，該方法包括(a)從輸入的視頻信號(hào)中檢測(cè)在被插值的像素周圍的多個(gè)相鄰像素中的邊緣信息，并且將檢測(cè)的邊緣信息修改為預(yù)定的邊緣圖案；(b)根據(jù)邊緣圖案獲取多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)；(c)確定在被插值的像素周圍的多個(gè)像素中邊緣是否存在；(d)當(dāng)在步驟(c)確定邊緣不存在時(shí)，與被插值的像素周圍的n*n像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以多個(gè)垂直插值系數(shù)和水平插值系數(shù)執(zhí)行線性插值；和(e)當(dāng)在步驟(c)確定邊緣存在時(shí)，與多個(gè)相鄰像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)以執(zhí)行靠近邊緣的非線性插值。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中步驟(c)至(e)包括(f)用與被插值的像素周圍的n*n像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以多個(gè)垂直插值系數(shù)以執(zhí)行垂直線性插值并生成被垂直插值的像素；(g)確定在多個(gè)相鄰像素中是否存在邊緣；(h)當(dāng)在步驟(g)確定邊緣不存在時(shí)，與在步驟(f)中生成被垂直插值的像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以水平插值系數(shù)以執(zhí)行水平線性插值；和(i)當(dāng)在步驟(g)確定邊緣存在時(shí)，用與多個(gè)相鄰像素相關(guān)的數(shù)據(jù)值乘以多個(gè)兩維非線性插值系數(shù)以執(zhí)行靠近邊緣的非線性插值。
全文摘要
一種基于邊緣信息的兩維非線性插值系統(tǒng)和方法,包括邊緣檢測(cè)器、邊緣方向修改器、靠近邊緣系數(shù)生成器、濾波系數(shù)生成器和非線性插值單元。即使當(dāng)使用非線性插值放大視頻圖像時(shí),文本或圖形圖像的分辨率也能夠被保持,而沒有邊緣的畸變和失真。
文檔編號(hào)H04N5/262GK1329435SQ0111937
公開日2002年1月2日 申請(qǐng)日期2001年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月12日
發(fā)明者韓镕仁, 鄭會(huì)仁 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社