專利名稱：一種圖像放大裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種圖像放大裝置及方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的圖像處理過程中，常常需要采用一種有效的方法來更改原始圖像的大 小，并保證更改后的目標(biāo)圖像具有較好的質(zhì)量，不會使得放大后的目標(biāo)圖像產(chǎn)生明顯的圖
像失真。在現(xiàn)有的圖像放大中，一般采用雙線性插值方法來完成。該方法可以較好地消除 鋸齒或/和馬賽克等明顯的圖像質(zhì)量問題，保留原始圖像的像素點(diǎn)信息，使得放大后的目 標(biāo)圖像比較平滑，有較好的視覺效果。下面結(jié)合圖1和圖2來對采用雙線性插值方法從原始圖像到目標(biāo)圖像進(jìn)行圖像放 大的原理進(jìn)行詳細(xì)說明，其中，圖1為雙線性插值中原始圖像示意圖，圖2為雙線性插值中 經(jīng)過插值后得到的目標(biāo)圖像示意圖，假設(shè)圖像在水平方向放大m倍，在垂直方向放大η倍。首先，根據(jù)幾何位置對應(yīng)關(guān)系，使得圖2目標(biāo)圖像中與圖1原始圖像像素位置對應(yīng) 的新像素點(diǎn)灰度值保持不變，如圖2目標(biāo)圖像中在水平方向放大m倍，在垂直方向放大η倍 后得到新像素點(diǎn)(ma, nb)、(m(a+l)，nb)、(ma, n(b+l))、(m(a+l)，η(b+1))，其像素灰度值 G(ma, nb)、G(m(a+l)，nb)、G(ma，n(b+l))、G(m(a+l)，n(b+l))與圖 1 原始圖像中對應(yīng)的四 個(gè)相鄰像素點(diǎn)(a, b)、(a+1, b)、(a, b+1)、(a+1, b+1)的像素灰度值 G' (a，b)、G' (a+1, b)、G' (a, b+1), G' (a+l，b+l)保持一致。其次，在圖2所示目標(biāo)圖像中的新像素點(diǎn)(ma, nb)、(m(a+l)，nb)、(ma, η (b+1)), (m (a+1), η (b+1))之間會產(chǎn)生空隙，此時(shí)需要插入新的像素點(diǎn)以保證得到的目標(biāo)圖像不會 產(chǎn)生明顯的圖像失真。在本步驟中，如將在圖2所示目標(biāo)圖像的4個(gè)像素點(diǎn)(ma,nb)、(m(a+l),nb)、(ma, η (b+1))、(m (a+1), η (b+1))之間產(chǎn)生的空隙中插入新的像素點(diǎn)。因?yàn)閳D像在水平方向放 大m倍，在垂直方向放大η倍，所以在目標(biāo)圖像中，新像素點(diǎn)(ma，nb)所在行與新像素點(diǎn) (ma, η (b+1))所在行之間需要插入n_l行新的像素點(diǎn)，新像素點(diǎn)(ma，nb)所在列與新像素 點(diǎn)(m(a+l)，nb)所在列需要插入m_l列新的像素點(diǎn)。在雙線性插值過程中，利用目標(biāo)圖像中(ma, nb)、(m(a+l), nb)、(ma, η (b+1))、 (m (a+1), η (b+1))四個(gè)像素點(diǎn)的灰度值來計(jì)算位于該四個(gè)像素點(diǎn)所圍區(qū)域內(nèi)需要插入新像 素點(diǎn)的灰度值后插入新的像素，從而完成圖像的放大。首先，在垂直方向進(jìn)行線性插值放大，即在新像素點(diǎn)(ma，nb)、(ma, η (b+1))之間 插入 n-1 個(gè)新的像素點(diǎn)(ma，nb+1)、(ma, nb+2)、. . . (ma, nb+n-1)、(ma, η (b+1))。在新像素 點(diǎn)(m(a+l)，nb)、(m(a+l)，η (b+1))之間插入 n-1 個(gè)新的像素點(diǎn)(m(a+l)，nb+1)、(m(a+l)， nb+2)、... (m (a+1)，nb+n-1)、(m (a+1)，η (b+1))。所要插入像素點(diǎn)的灰度值計(jì)算如公式(1) 和⑵所示 其次，在垂直方向完成線性插值放大后，進(jìn)行水平方向的插值放大，即在新像素點(diǎn) (ma, nb)、(m(a+l)，nb)之間插入 m_l 個(gè)新的像素點(diǎn)(ma+1, nb)、(ma+2, nb)、· · · (ma+m-1， nb)、(m(a+l)，nb)。在新像素點(diǎn)(ma, η (b+1)), (m(a+l), η (b+1))之間插入 m_l 個(gè)新的像素
點(diǎn)(ma+1, n(b+l))、(ma+2, n(b+l))、. . . (ma+m-1, n(b+l))、(m(a+l), n(b+l))。
其中，j = 1 m-l，且j、m都為整數(shù)，^1^、1為插值系數(shù)。
對于在垂直方向完成插值放大后新插入的像素點(diǎn)(ma，nb+i)、(m(a+l), nb+i)之
間在水平方向放大時(shí)，需要插入的新像素點(diǎn)(ma+j，nb+i)像素灰度值為 以上在放大原始圖像時(shí)，是對原始圖像先在垂直方向上放大，再在水平方向上放 大得到目標(biāo)圖像來進(jìn)行說明。對于對原始圖像先在水平方向上放大，再在垂直方向上放大 的情況與上述方式相似，這里不再贅述。無論對圖1所示原始圖像先進(jìn)行垂直方向放大再進(jìn)行水平方向放大，還是對圖1 所示原始圖像先進(jìn)行水平方向放大再進(jìn)行垂直方向放大，由公式(1)、(2)、(3)和(4)可以 看出，在計(jì)算圖2目標(biāo)圖像中所要插入的新像素點(diǎn)灰度值時(shí)，都需要根據(jù)圖1原始圖像中相鄰兩通道即相鄰兩行像素或相鄰兩列像素的像素點(diǎn)灰度值得到。圖3為現(xiàn)有的圖像放大裝置示意圖，其包括數(shù)據(jù)輸入單元、第一數(shù)據(jù)存儲單元、 第一方向圖像放大單元、第二數(shù)據(jù)存儲單元、第二方向圖像放大單元及圖像輸出單元。其 中，第一方向和第二方向互相垂直。數(shù)據(jù)輸入單元，用于將原始圖像各個(gè)像素點(diǎn)的位置及灰度值輸入到第一數(shù)據(jù)存儲 單元中；第一數(shù)據(jù)存儲單元，用于暫存原始圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的位置及灰度值，并將原始 圖像中像素點(diǎn)的灰度值依次輸入到第一方向圖像放大單元；第一方向圖像放大單元，用于從第一數(shù)據(jù)存儲單元讀取在第一方向放大時(shí)兩相鄰 通道中前一通道像素點(diǎn)的灰度值后，再自第一數(shù)據(jù)存儲單元讀取在第一方向兩相鄰?fù)ǖ乐?后一通道像素點(diǎn)的灰度值，第一方向圖像放大單元依據(jù)相鄰兩通道像素點(diǎn)的灰度值計(jì)算所 要插入像素點(diǎn)的灰度值，從而插入新的像素，完成圖像在第一方向的放大，然后再將在第一 方向放大后的圖像發(fā)送給第二數(shù)據(jù)存儲單元；第二數(shù)據(jù)存儲單元，用于存儲在第一方向放大后的圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的位置及其 灰度值，并將存儲的第一方向放大后的圖像像素點(diǎn)的灰度值依次輸入到第二方向放大單 元；第二方向圖像放大單元，用于接收第二數(shù)據(jù)存儲單元發(fā)送的在第二方向兩相鄰?fù)?道像素點(diǎn)的灰度值后，計(jì)算得到要插入像素點(diǎn)的灰度值后，從而插入新的像素，完成圖像在 第二方向的放大，得到最終放大的目標(biāo)圖像后輸入到圖像輸出單元；圖像輸出單元，用于將從第二方向圖像放大單元接收的目標(biāo)圖像輸出。依據(jù)雙線性插值進(jìn)行圖像放大的原理，第一數(shù)據(jù)存儲單元通常先寫入第一方向兩 相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值到第一方向圖像放大單元，再寫入第一方向兩相鄰?fù)?道中后一通道像素點(diǎn)的灰度值到第一方向圖像放大單元，寫滿相鄰兩通道像素點(diǎn)的灰度值 后進(jìn)行插值放大，得到兩通道之間要插入像素點(diǎn)的灰度值，從而得到最終的目標(biāo)圖像。從圖 3可以看出，第一方向圖像放大單元在讀取兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ赖脑紙D像像素灰度值 后，需要等待一個(gè)時(shí)間周期，繼續(xù)讀取兩相鄰?fù)ǖ乐泻笠煌ǖ涝紙D像灰度值后才能對目 標(biāo)圖像產(chǎn)生的空隙插入新的像素點(diǎn)，完成圖像的插值放大。第二方向圖像的放大過程與第 一方向基本相同。在現(xiàn)有的圖像放大裝置中，其數(shù)據(jù)的讀取速度和效率較慢，因而進(jìn)行線性 插值完成圖像放大的處理速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種圖像放大裝置，該裝置能夠提高圖像放大的速度，從而 提高圖像放大的效率。本發(fā)明還提供一種圖像放大方法，該方法能夠提高圖像放大的速度，從而提高圖 像放大的效率。根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種圖像放大裝置，其包括圖像輸入單元、 數(shù)據(jù)存儲單元、讀寫控制單元、第一先進(jìn)先出緩存單元、第二先進(jìn)先出緩存單元、圖像放大 單元及圖像輸出單元，其中，圖像輸入單元，用于將原始圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的位置及灰度值輸入到數(shù)據(jù)存儲單元中；數(shù)據(jù)存儲單元，用于暫存原始圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的位置及灰度值；讀寫控制單元，用于控制第一先進(jìn)先出緩存單元、第二先進(jìn)先出緩存單元及圖像 放大單元的數(shù)據(jù)讀取操作；第一先進(jìn)先出緩存單元，用于在讀寫控制單元的控制下，從數(shù)據(jù)存儲單元或第二 先進(jìn)先出緩存單元二者之一讀取放大方向上兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值并暫 存；第二先進(jìn)先出緩存單元，用于在讀寫控制單元的控制下，從第一先進(jìn)先出緩存單元 或數(shù)據(jù)存儲單元二者之一讀取放大方向上兩相鄰?fù)ǖ乐泻笠煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值并暫存；圖像放大單元，用于在讀寫控制單元的控制下，從第一先進(jìn)先出緩存單元和第二 先進(jìn)先出緩存單元并行讀入放大方向上兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值，進(jìn)行在兩相鄰?fù)ǖ乐?間插入的像素點(diǎn)的灰度值計(jì)算，插值放大，得到放大后的目標(biāo)圖像，發(fā)送給圖像輸出單元；圖像輸出單元，用于接收圖像放大單元發(fā)送的目標(biāo)圖像后輸出目標(biāo)圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種圖像放大方法，其包括將原始圖像中各像素點(diǎn)的位置及灰度值暫存在數(shù)據(jù)存儲單元中；通過第一先進(jìn)先出緩存單元及第二先進(jìn)先出緩存單元直接或間接從數(shù)據(jù)存儲單 元中獲取要放大方向上的兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ兰昂笠煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值，然后第一先 進(jìn)先出緩存單元及第二先進(jìn)先出緩存單元并行將兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ兰昂笠煌ǖ老袼?點(diǎn)的灰度值輸入到圖像放大單元，由圖像放大單元在兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)之間插入像素點(diǎn)灰 度值的計(jì)算，插值放大，得到放大后的目標(biāo)圖像。從上述方案可以看出，本發(fā)明在數(shù)據(jù)存儲單元和圖像放大單元之間增加了兩個(gè)先 進(jìn)先出緩存單元及讀寫控制單元，其中，讀寫控制單元，用于分別控制兩個(gè)先進(jìn)先出緩存單 元直接或間接從數(shù)據(jù)存儲單元中獲取要放大方向上的兩相鄰?fù)ǖ赖南袼攸c(diǎn)的灰度值，然后 控制兩個(gè)先進(jìn)先出緩存單元并行將兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值輸出到圖像放大單元中，進(jìn) 行插入兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值計(jì)算，完成插值。由于本發(fā)明不需要像現(xiàn)有技術(shù)那樣在 圖像放大單元從數(shù)據(jù)存儲單元中依次串行讀取在放大方向上的相鄰兩通道像素點(diǎn)的灰度 值，而是圖像放大單元從兩個(gè)先進(jìn)先出緩存單元中同時(shí)并行讀取與要插入像素點(diǎn)相鄰的兩 通道的像素點(diǎn)，所以提高了圖像放大的速度，提高了圖像放大的效率。


圖1為雙線性插值中原始圖像示意圖；圖2為雙線性插值中目標(biāo)圖像示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)提供的圖像放大裝置示意圖；圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像放大裝置示意圖；圖5為本發(fā)明提供的圖像放大方法流程圖；圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像放大裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中在進(jìn)行圖像放大時(shí)讀取原始圖像數(shù)據(jù)需要等待而導(dǎo)致圖像 放大處理速度慢的問題，本發(fā)明提供了一種只需要一個(gè)時(shí)鐘周期即可同時(shí)完成對原始圖像 中相鄰兩通道(即相鄰兩行或相鄰兩列)像素灰度值讀取的圖像放大裝置，在圖像進(jìn)行插 值放大時(shí)，能夠連續(xù)獲取原始圖像中兩通道像素點(diǎn)的灰度值，因此，與現(xiàn)有技術(shù)中采用的圖 像放大裝置相比，其圖像放大處理速度提高了 一倍。具體地，在數(shù)據(jù)存儲單元和圖像放大單元之間增加了兩個(gè)先進(jìn)先出緩存單元及讀 寫控制單元，其中，讀寫控制單元，用于分別控制兩個(gè)先進(jìn)先出緩存單元直接或間接從數(shù)據(jù) 存儲單元中獲取要放大方向上的兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值，然后控制兩個(gè)先進(jìn)先出緩存 單元并行將兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值輸出到圖像放大單元中，進(jìn)行插入兩相鄰?fù)ǖ老袼?點(diǎn)的灰度值計(jì)算，完成插值。以下結(jié)合兩個(gè)具體的實(shí)施例來對本發(fā)明提供的圖像放大裝置及其方法進(jìn)行詳細(xì) 說明。第一實(shí)施例圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像放大裝置示意圖，其包括圖像輸入單元、數(shù)據(jù)存 儲單元、讀寫控制單元、第一先進(jìn)先出緩存單元、第二先進(jìn)先出緩存單元、圖像放大單元及 圖像輸出單元，其中，圖像輸入單元，用于將原始圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的位置及灰度值輸入到數(shù)據(jù)存儲單 元中；數(shù)據(jù)存儲單元，用于暫存原始圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的位置及灰度值，并依據(jù)系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)跳轉(zhuǎn)指令，輸出第一通道或第二通道像素點(diǎn)的灰度值；讀寫控制單元，用于控制第一先進(jìn)先出緩存單元、第二先進(jìn)先出緩存單元及圖像 放大單元的數(shù)據(jù)讀取操作；第一先進(jìn)先出(First In First Out, FIFO)緩存單元，用于在讀寫控制單元的控 制下，從數(shù)據(jù)存儲單元或第二先進(jìn)先出緩存單元二者之一讀取放大方向上兩相鄰?fù)ǖ乐星?一通道像素點(diǎn)的灰度值并暫存；第二先進(jìn)先出緩存單元，用于在讀寫控制單元的控制下，從第一先進(jìn)先出緩存單 元或數(shù)據(jù)存儲單元二者之一讀取放大方向上兩相鄰?fù)ǖ乐泻笠煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值并暫 存；圖像放大單元，用于在讀寫控制單元的控制下，從第一先進(jìn)先出緩存單元和第二 先進(jìn)先出緩存單元并行讀入放大方向上兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值，進(jìn)行在兩相鄰?fù)ǖ乐?間插入的像素點(diǎn)的灰度值計(jì)算，從而進(jìn)行插值放大，得到放大后的目標(biāo)圖像，發(fā)送給圖像輸 出單元；圖像輸出單元，用于接收圖像放大單元發(fā)送的目標(biāo)圖像后輸出目標(biāo)圖像。在本實(shí)施例中，一通道像素點(diǎn)為一行或一列像素點(diǎn)，圖像放大單元為垂直方向放 大單元或水平方向放大單元。由于對于采用雙線性插值進(jìn)行圖像放大是分別在垂直方向和 水平方向的兩個(gè)方向進(jìn)行插值放大，其在垂直方向和水平方向進(jìn)行放大的原理及步驟完全 相同，本實(shí)施例僅以圖像在垂直方向上進(jìn)行放大為例來進(jìn)行說明，對于圖像在水平方向上 進(jìn)行放大不再贅述。
在該實(shí)施例中，垂直方向放大時(shí)，垂直方向上相鄰兩行就是上述指出的在放大方 向上的相鄰的前一通道與后一通道；水平方向放大時(shí)，水平方向上相鄰兩列就是上述指出 的在放大方向上的相鄰的前一通道與后一通道。在本實(shí)施例中，讀寫控制單元對第一先進(jìn)先出緩存單元、第二先進(jìn)先出緩存單元 及圖像放大單元的控制通過讀取控制指令完成，讀寫控制單元提供的讀取控制指令包括三 種第一讀取控制指令、第二讀取控制指令及第三讀取控制指令；當(dāng)讀寫控制單元提供第 一讀取控制指令時(shí)，第一先進(jìn)先出緩存單元及第二先進(jìn)先出緩存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)清空操作； 當(dāng)讀寫控制單元提供第二讀取控制指令時(shí)，第一先進(jìn)先出緩存單元從數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行數(shù) 據(jù)讀取操作，第二先進(jìn)先出緩存單元從第一先進(jìn)先出緩存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作；當(dāng)讀寫 控制單元提供第三讀取控制指令時(shí)，第二先進(jìn)先出緩存單元從數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取 操作，第一先進(jìn)先出緩存單元從第二先進(jìn)先出緩存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作。在該實(shí)施例中，假設(shè)圖1中原始圖像為5X5圖像像素，即原始圖像有5行5列的 原始像素點(diǎn)，其行號分別為Si、S2、S3、S4、S5，其中，Si、S3、S5代表奇數(shù)行，S2、S4代表偶 數(shù)行。將原始圖像放大nXm倍后得到如圖2所示的目標(biāo)圖像，其中，η代表垂直方向放大 倍數(shù)，m代表水平方向放大倍數(shù)。在本實(shí)施例中，先令η = m = 3，即在垂直和水平方向都放 大3倍。也就是在原始圖像的每相鄰兩行插入兩行像素點(diǎn)，在每相鄰兩列插入兩列像素點(diǎn)。 本實(shí)施例僅以圖像在垂直方向放大3倍為例來進(jìn)行說明，對于圖像在水平方向上放大3倍 不再贅述。在本實(shí)施例中，圖像輸入單元，用于將如圖1所示5X5的原始圖像像素點(diǎn)位置坐 標(biāo)及灰度值輸入到數(shù)據(jù)存儲單元暫存起來。隨后依據(jù)讀寫控制單元的讀取控制指令，第一 FIFO緩存單元、第二 FIFO緩存單元及圖像放大單元進(jìn)行相應(yīng)的從數(shù)據(jù)存儲單元數(shù)據(jù)讀取 動(dòng)作。以圖像放大倍數(shù)η = m = 3為例，讀寫控制單元提供的三種讀取控制指令分別用 00、01、10表示，其中，00為第一讀取控制指令，表示第一 FIFO緩存單元及第二 FIFO緩存單 元進(jìn)行數(shù)據(jù)清空操作；01為第二讀取控制指令，表示第一 FIFO緩存單元主動(dòng)從數(shù)據(jù)存儲單 元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作，第二 FIFO緩存單元從第一 FIFO緩存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作；10為 第三讀取控制指令，表示第二 FIFO緩存單元主動(dòng)從數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作，第一 FIFO緩存單元從第二 FIFO緩存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作。當(dāng)讀寫控制單元提供第一讀取控制指令，也就是00時(shí)，第一 FIFO緩存單元與第二 FIFO緩存單元的清空標(biāo)志位有效，此時(shí)第一 FIFO緩存單元及第二 FIFO緩存單元里面數(shù)據(jù)清空。表一 在第一 FIFO緩存單元及第二 FIFO緩存單元數(shù)據(jù)清空完成后，如表一所示，在第一 時(shí)鐘周期，讀寫控制單元提供第二讀取控制指令01，此時(shí)，第一 FIFO緩存單元主動(dòng)將數(shù)據(jù) 存儲單元中第Sl行原始圖像像素點(diǎn)的灰度值寫入到第一 FIFO緩存單元中。在第二時(shí)鐘周期，讀寫控制單元仍然提供第二讀取控制指令，即01，此時(shí)，第一 FIFO緩存單元將數(shù)據(jù)存儲單元中第S2行原始圖像像素點(diǎn)的灰度值寫入到第一FIFO緩存單 元中，同時(shí)將第一 FIFO緩存單元所存儲的第Sl行原始圖像像素點(diǎn)的灰度值讀出后寫入到 第二 FIFO緩存單元中。在第三時(shí)鐘周期，讀寫控制單元提供第二讀取控制指令，即01，第一 FIFO緩存 單元主動(dòng)從數(shù)據(jù)存儲單元里面寫入第Sl行原始圖像像素點(diǎn)灰度值，同時(shí)將上一周期第一 FIFO緩存單元中所存儲的第S2行原始圖像像素點(diǎn)灰度值讀出后輸入到第二FIFO緩存單元 及圖像放大單元，而此時(shí)第二 FIFO緩存單元也將上一周期中所存儲的第Sl行原始圖像像 素點(diǎn)的灰度值讀出后輸入到圖像放大單元，因此，圖像放大單元可以同時(shí)根據(jù)第Sl行及第 S2行原始圖像像素點(diǎn)灰度值在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)來進(jìn)行雙線性插值放大，在依據(jù)公式(1)、
(2)所示插值公式進(jìn)行插值放大時(shí)其插值系數(shù)=、i對應(yīng)的值如表一所示。
η η在第四時(shí)鐘周期，讀寫控制單元提供的讀取控制指令為第三讀取控制指令10，此 時(shí)第二 FIFO緩存單元主動(dòng)從數(shù)據(jù)存儲單元讀取第Sl行原始圖像像素點(diǎn)的灰度值，同時(shí)將 上一周期中存儲的第S2行原始圖像像素點(diǎn)灰度值讀出后輸入到第一 FIFO緩存單元及圖像 放大單元，此時(shí)第一 FIFO緩存單元也將上一周期中存儲的第Sl行原始圖像像素點(diǎn)的灰度 值讀出后輸入到圖像放大單元，此時(shí)圖像放大單元根據(jù)第S2行及第Sl行原始圖像像素點(diǎn) 灰度值在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行雙線性插值放大，在依據(jù)公式(1)、(2)所示插值公式進(jìn)行插值放大時(shí)其插值系數(shù)t、i對應(yīng)的值如表一所示。
η η由圖像放大中其空間坐標(biāo)映射的對應(yīng)關(guān)系可以得到，當(dāng)圖像在垂直方向的放大倍 數(shù)m = 3時(shí)，其需要在原始圖像中同一列相鄰兩行之間插入2個(gè)像素點(diǎn)才能得到目標(biāo)圖像， 再加上與原始圖像中直接映射得到的像素點(diǎn)，總共需要進(jìn)行3次插值運(yùn)算才能得到目標(biāo)圖 像中的像素點(diǎn)灰度值，也就是說圖像放大單元需要得到3次同一像素行的數(shù)據(jù)。在本發(fā)明中，當(dāng)垂直方向放大倍數(shù)η為奇數(shù)時(shí)，從數(shù)據(jù)存儲單元逐次輸出的數(shù)據(jù) 行的變換規(guī)律為Si、S2、(η-1)個(gè)Si、S3、(η-1)個(gè)S2、S4、(η-1)個(gè)S3、S5. ·.，讀寫控制單 元里面對應(yīng)的讀取控制指令變化規(guī)律為01、(η-1)個(gè)01、10、(η-1)個(gè)01、10...。依據(jù)讀寫 控制單元的狀態(tài)信號，第一 FIFO緩存單元、第二 FIFO緩存單元及圖像放大單元完成相對應(yīng) 的數(shù)據(jù)存取動(dòng)作。綜上，也就是說，當(dāng)垂直方向放大倍數(shù)η為奇數(shù)時(shí)，在第一先進(jìn)先出緩存單元及第 二先進(jìn)先出緩存單元依據(jù)讀寫控制單元提供的第一讀取控制指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)清空操作后， 讀寫控制單元中讀取控制指令變化規(guī)律如下al.讀寫控制單元提供第二讀取控制指令；bl.讀寫控制單元提供η-1次第二讀取控制指令；Cl.讀寫控制單元提供第三讀取控制指令；dl.順序重復(fù)執(zhí)行步驟bl至Cl，直到當(dāng)前幀圖像放大完成。在本實(shí)施例中，再令η = m = 4，即在垂直和水平方向都放大4倍。也就是在原始 圖像的每相鄰兩行插入3行像素點(diǎn)，在每相鄰兩列插入3列像素點(diǎn)。如表二所示，表二指出 了在讀寫控制單元提供不同的讀取控制指令時(shí)，第一 FIFO緩存單元及第二 FIFO緩存單元 如何從數(shù)據(jù)存儲單元讀取通道像素點(diǎn)的灰度值及輸入到圖像放大單元的過程。表二 當(dāng)放大倍數(shù)η = m = 4時(shí)，依據(jù)讀寫控制單元的讀取控制指令，圖像放大裝置中第 一 FIFO緩存單元、第二 FIFO緩存單元及圖像放大單元進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀取動(dòng)作。在本發(fā)明 中，當(dāng)垂直方向放大倍數(shù)η為偶數(shù)時(shí)，從數(shù)據(jù)存儲單元逐次輸出的數(shù)據(jù)行的變換規(guī)律為Si、 S2、(η-1)個(gè)Si、S3、(η-1)個(gè)S2、S4、(n-1)個(gè)S3、S5...，讀寫控制單元里面對應(yīng)的讀取控 制指令變化規(guī)律為OUOU η/2個(gè)(OlUO)、η/2個(gè)(10,01).. ·。依據(jù)讀寫控制單元里面的 讀取控制指令，第一 FIFO緩存單元、第二 FIFO緩存單元及圖像放大單元完成相對應(yīng)的數(shù)據(jù) 存取動(dòng)作。綜上，也就是說，當(dāng)垂直方向放大倍數(shù)η為偶數(shù)時(shí)，在第一先進(jìn)先出緩存單元及第 二先進(jìn)先出緩存單元依據(jù)讀寫控制單元提供第一讀取控制指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)清空操作后，讀 寫控制單元中讀取控制指令變化規(guī)律如下a2.讀寫控制單元提供兩次第二讀取控制指令；b2.讀寫控制單元依次提供第二讀取控制指令、第三讀取控制指令，并且重復(fù)η/2 次；c2.讀寫控制單元依次提供第三讀取控制指令、第二讀取控制指令，并且重復(fù)η/2 次；d2.順序重復(fù)執(zhí)行步驟b2至c2，直到當(dāng)前幀圖像放大完成。需要說明的是，在本實(shí)施列中，無論垂直方向放大倍數(shù)η為奇數(shù)或是偶數(shù)，數(shù)據(jù)存 儲單元中依據(jù)其獲得的數(shù)據(jù)讀取跳轉(zhuǎn)指令，其輸出的數(shù)據(jù)變化規(guī)律是一樣的，都為Si、S2、 (η-1)個(gè) Si、S3、(η-1)個(gè) S2、S4、(η-1)個(gè) S3、S5...。其遵循以下規(guī)律si.數(shù)據(jù)存儲單元輸出兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值；s2.數(shù)據(jù)存儲單元輸出兩相鄰?fù)ǖ乐泻笠煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值；s3.數(shù)據(jù)存儲單元輸出η-1次兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值；s4.依據(jù)數(shù)據(jù)存儲單元獲得的通道讀地址跳轉(zhuǎn)指令，將相鄰兩通道中的前一通道
13及后一通道分別加1，順序重復(fù)執(zhí)行步驟S2至S3，直到當(dāng)前幀圖像放大完成。本發(fā)明中，兩相鄰?fù)ǖ乐傅氖窍噜弮尚谢蛳噜弮闪?，如在本?shí)施例中的第一循環(huán) 周期，兩相鄰?fù)ǖ罏榈赟l行及第S2行數(shù)據(jù)，兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ罏榈赟l行數(shù)據(jù)，兩相鄰 通道中后一通道為第S2行數(shù)據(jù)；而在第二循環(huán)周期，依據(jù)數(shù)據(jù)存儲單元獲得的通道讀地址 跳轉(zhuǎn)指令，將相鄰兩通道中的前一通道及后一通道分別加1，此時(shí)，兩相鄰?fù)ǖ罏榈赟2行及 第S3行數(shù)據(jù)，兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ罏榈赟2行數(shù)據(jù)，兩相鄰?fù)ǖ乐泻笠煌ǖ罏榈赟3行數(shù) 據(jù)，逐次類推，不再贅述。本實(shí)施例僅以圖像在垂直方向進(jìn)行圖像放大為例來進(jìn)行說明，完成垂直方向放大 后，圖像在水平方向進(jìn)行插值放大的原理與步驟同垂直方向進(jìn)行圖像放大完全相同，不再 贅述。由該實(shí)施例可以看出，在本發(fā)明中，圖像放大單元可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)得 到與要插入像素點(diǎn)相鄰兩行或兩列的像素點(diǎn)的灰度值，從而可以連續(xù)的進(jìn)行插值放大。而 不需要像現(xiàn)有技術(shù)中那樣，需要在兩個(gè)時(shí)鐘周期才能完成一個(gè)通道的要插入像素點(diǎn)的灰度 值插入。因此，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所采用的圖像放大裝置處理速度明顯加快，進(jìn)一步 縮短了進(jìn)行圖像放大的處理時(shí)間，提高了圖像放大的效率。圖5為本發(fā)明提供的圖像放大方法流程圖，其具體步驟為步驟501、暫存原始圖像數(shù)據(jù)。具體地，將原始圖像中各像素點(diǎn)的位置及灰度值暫存在數(shù)據(jù)存儲單元中。步驟502、獲取原始圖像數(shù)據(jù)中兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值，并在兩相鄰?fù)ǖ老袼?點(diǎn)之間進(jìn)行插值放大。具體地，通過第一先進(jìn)先出緩存單元及第二先進(jìn)先出緩存單元直接或間接從數(shù)據(jù) 存儲單元中獲取要放大方向上的兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ兰昂笠煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值，然后 第一先進(jìn)先出緩存單元及第二先進(jìn)先出緩存單元并行將兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ兰昂笠煌?道像素點(diǎn)的灰度值輸入到圖像放大單元，由圖像放大單元在兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)之間插入像 素點(diǎn)灰度值的計(jì)算，插值放大，得到放大后的目標(biāo)圖像。第二實(shí)施例圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像放大裝置示意圖，與第一實(shí)施例不同的是，該實(shí) 施例在圖像放大單元完成圖像插值放大后經(jīng)過一個(gè)后端圖像緩存單元進(jìn)行緩沖后再發(fā)送 給圖像輸出單元。該后端圖像緩存單元可以為一個(gè)大容量的先進(jìn)先出緩存器，這樣使得輸 出的放大圖像更加穩(wěn)定，從而使得在圖像輸出單元輸出的目標(biāo)質(zhì)量效果更好。在本發(fā)明中的圖像放大裝置中以選擇用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或復(fù)雜可編程 邏輯器件(CPLD)實(shí)現(xiàn)。以上僅舉較佳實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)說明。所應(yīng)理 解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，對本領(lǐng)域技術(shù)人員 來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等 同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種圖像放大裝置，其特征在于，包括圖像輸入單元、數(shù)據(jù)存儲單元、讀寫控制單元、第一先進(jìn)先出緩存單元、第二先進(jìn)先出緩存單元、圖像放大單元及圖像輸出單元，其中，圖像輸入單元，用于將原始圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的位置及灰度值輸入到數(shù)據(jù)存儲單元中；數(shù)據(jù)存儲單元，用于暫存原始圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的位置及灰度值；讀寫控制單元，用于控制第一先進(jìn)先出緩存單元、第二先進(jìn)先出緩存單元及圖像放大單元的數(shù)據(jù)讀取操作；第一先進(jìn)先出緩存單元，用于在讀寫控制單元的控制下，從數(shù)據(jù)存儲單元或第二先進(jìn)先出緩存單元二者之一讀取放大方向上兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值并暫存；第二先進(jìn)先出緩存單元，用于在讀寫控制單元的控制下，從第一先進(jìn)先出緩存單元或數(shù)據(jù)存儲單元二者之一讀取放大方向上兩相鄰?fù)ǖ乐泻笠煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值并暫存；圖像放大單元，用于在讀寫控制單元的控制下，從第一先進(jìn)先出緩存單元和第二先進(jìn)先出緩存單元并行讀入放大方向上兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值，進(jìn)行在兩相鄰?fù)ǖ乐g插入的像素點(diǎn)的灰度值計(jì)算，插值放大，得到放大后的目標(biāo)圖像，發(fā)送給圖像輸出單元；圖像輸出單元，用于接收圖像放大單元發(fā)送的目標(biāo)圖像后輸出目標(biāo)圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像放大裝置，其特征在于，所述圖像放大裝置還包括位于圖 像放大單元和圖像輸出單元之間的后端圖像緩存單元，其用于將在圖像放大單元完成圖像 插值放大后的目標(biāo)圖像進(jìn)行緩沖后，再發(fā)送給圖像輸出單元。
3.如權(quán)利要求1或2所述的圖像放大裝置，其特征在于，在放大倍數(shù)為η時(shí)，η為自然 數(shù)，所述數(shù)據(jù)存儲單元遵循如下規(guī)律將原始圖像像素點(diǎn)位置及灰度值輸入到第一先進(jìn)先出 緩存單元或第二先進(jìn)先出緩存單元si.數(shù)據(jù)存儲單元輸出兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值； s2.數(shù)據(jù)存儲單元輸出兩相鄰?fù)ǖ乐泻笠煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值； s3.數(shù)據(jù)存儲單元輸出n-1次兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值； s4.依據(jù)數(shù)據(jù)存儲單元獲得的通道讀地址跳轉(zhuǎn)指令，將相鄰兩通道中的前一通道及后 一通道分別加1，順序重復(fù)執(zhí)行步驟Sl至S2，直到當(dāng)前幀圖像放大完成。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像放大裝置，其特征在于，所述讀寫控制單元提供第一讀取控制指令時(shí)，第一先進(jìn)先出緩存單元及第二先進(jìn)先出 緩存單元數(shù)據(jù)清空；所述讀寫控制單元提供第二讀取控制指令時(shí)，第一先進(jìn)先出緩存單元從數(shù)據(jù)存儲單元 讀取數(shù)據(jù)，第二先進(jìn)先出緩存單元從第一先進(jìn)先出緩存單元讀取數(shù)據(jù)；所述讀寫控制單元提供第三讀取控制指令時(shí)，第二先進(jìn)先出緩存單元從數(shù)據(jù)存儲單元 讀取數(shù)據(jù)，第一先進(jìn)先出緩存單元從第二先進(jìn)先出緩存單元讀取數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像放大裝置，其特征在于，當(dāng)圖像放大裝置在放大方向上放 大倍數(shù)η為奇數(shù)時(shí)，所述讀寫控制單元中讀取控制指令變化規(guī)律如下al.讀寫控制單元提供第一讀取控制指令； bl.讀寫控制單元提供第二讀取控制指令； cl.讀寫控制單元提供n-1次第二讀取控制指令； dl.讀寫控制單元提供第三讀取控制指令；el.順序重復(fù)執(zhí)行步驟Cl至dl，直到當(dāng)前幀圖像放大完成。
6.如權(quán)利要求4所述的圖像放大裝置，其特征在于，當(dāng)圖像放大裝置在放大方向上放 大倍數(shù)η為偶數(shù)時(shí)，讀寫控制單元中讀取控制指令變化規(guī)律如下a2.讀寫控制單元提供第一讀取控制指令； b2.讀寫控制單元提供兩次第二讀取控制指令；c2.讀寫控制單元依次提供第二讀取控制指令、第三讀取控制指令，并且重復(fù)η/2次； d2.讀寫控制單元依次提供第三讀取控制指令、第二讀取控制指令，并且重復(fù)η/2次； e2.順序重復(fù)執(zhí)行步驟c2至d2，直到當(dāng)前幀圖像放大完成。
7.如權(quán)利要求1所述圖像放大裝置，其特征在于，所述圖像放大裝置通過現(xiàn)場可編程 門陣列或復(fù)雜可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。
8.一種圖像放大方法，其特征在于，所述方法包括將原始圖像中各像素點(diǎn)的位置及灰度值暫存在數(shù)據(jù)存儲單元中； 通過第一先進(jìn)先出緩存單元及第二先進(jìn)先出緩存單元直接或間接從數(shù)據(jù)存儲單元中 獲取要放大方向上的兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ兰昂笠煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值，然后第一先進(jìn)先 出緩存單元及第二先進(jìn)先出緩存單元并行將兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ兰昂笠煌ǖ老袼攸c(diǎn)的 灰度值輸入到圖像放大單元，由圖像放大單元在兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)之間插入像素點(diǎn)灰度值 的計(jì)算，插值放大，得到放大后的目標(biāo)圖像。
9.如權(quán)利要求8所述的圖像放大方法，其特征在于，在圖像放大倍數(shù)為η時(shí)，η為自然 數(shù)，數(shù)據(jù)存儲單元遵循如下規(guī)律將其所存儲的原始圖像像素點(diǎn)位置及灰度值輸入到第一先 進(jìn)先出緩存單元或第二先進(jìn)先出緩存單元si.數(shù)據(jù)存儲單元輸出兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值； s2.數(shù)據(jù)存儲單元輸出兩相鄰?fù)ǖ乐泻笠煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值； s3.數(shù)據(jù)存儲單元輸出n-1次兩相鄰?fù)ǖ乐星耙煌ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值； s4.依據(jù)數(shù)據(jù)存儲單元獲得的通道讀地址跳轉(zhuǎn)指令，將相鄰兩通道中的前一通道及后 一通道分別加1，順序重復(fù)執(zhí)行步驟s2至s3，直到當(dāng)前幀圖像放大完成。
10.如權(quán)利要求9所述的圖像放大方法，其特征在于，所述第一先進(jìn)先出緩存單元及第二先進(jìn)先出緩存單元依據(jù)讀寫控制單元中的讀取控 制指令進(jìn)行從數(shù)據(jù)存儲單元中的數(shù)據(jù)讀取操作。
11.如權(quán)利要求10所述的圖像放大方法，其特征在于，讀寫控制單元提供第二讀取控制指令，第一先進(jìn)先出緩存單元從數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行數(shù) 據(jù)讀取操作，同時(shí)，第二先進(jìn)先出緩存單元從第一先進(jìn)先出緩存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作；讀寫控制單元提供第三讀取控制指令，第二先進(jìn)先出緩存單元從數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行數(shù) 據(jù)讀取操作，同時(shí)，第一先進(jìn)先出緩存單元從第二先進(jìn)先出緩存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作。
12.如權(quán)利要求11所述的圖像放大方法，其特征在于，所述第一先進(jìn)先出緩存單元及 第二先進(jìn)先出緩存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作步驟之前，所述方法還包括讀寫控制單元提供第一讀取控制指令，第一先進(jìn)先出緩存單元及第二先進(jìn)先出緩存單 元進(jìn)行數(shù)據(jù)清空操作。
13.如權(quán)利要求11或12所述的圖像放大方法，其特征在于，當(dāng)圖像放大的放大倍數(shù)η 為奇數(shù)時(shí)，所述讀寫控制單元中讀取控制指令依據(jù)如下規(guī)律變化al、讀寫控制單元提供第二讀取控制指令；bl、讀寫控制單元提供n-1次第二讀取控制指令；Cl、讀寫控制單元提供第三讀取控制指令；dl、順序重復(fù)執(zhí)行步驟bl至Cl，直到當(dāng)前幀圖像放大完成。
14.如權(quán)利要求11或12所述的圖像放大方法，其特征在于，當(dāng)圖像放大的放大倍數(shù)η 為偶數(shù)時(shí)，所述讀寫控制單元中讀取控制指令依據(jù)如下規(guī)律變化 a2.讀寫控制單元提供兩次第二讀取控制指令；b2.讀寫控制單元依次提供第二讀取控制指令、第三讀取控制指令，并且重復(fù)η/2次； c2.讀寫控制單元依次提供第三讀取控制指令、第二讀取控制指令，并且重復(fù)η/2次； d2.順序重復(fù)執(zhí)行步驟b2至c2，直到當(dāng)前幀圖像放大完成。
全文摘要
一種圖像放大裝置及方法，在圖像放大裝置中的數(shù)據(jù)存儲單元和圖像放大單元之間增加了兩個(gè)先進(jìn)先出緩存單元及讀寫控制單元，讀寫控制單元，用于分別控制兩個(gè)先進(jìn)先出緩存單元直接或間接從數(shù)據(jù)存儲單元中獲取要放大方向上的兩相鄰?fù)ǖ赖南袼攸c(diǎn)的灰度值，然后控制兩個(gè)先進(jìn)先出緩存單元并行將兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值輸出到圖像放大單元中，進(jìn)行在兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)之間插入新像素點(diǎn)灰度值的計(jì)算，完成插值。由于本發(fā)明不需要在圖像放大單元從數(shù)據(jù)存儲單元中依次串行讀取在放大方向上的兩相鄰?fù)ǖ老袼攸c(diǎn)的灰度值，而是圖像放大單元從兩個(gè)緩存單元中同時(shí)并行讀取與要插入像素點(diǎn)相鄰兩通道的像素點(diǎn)，所以提高了圖像放大的速度。
文檔編號G06T3/40GK101894362SQ20101021869
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者司秉玉, 張偉, 李奇典 申請人:昆山龍騰光電有限公司