CN101894362A - 一种图像放大装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种图像放大装置及方法，在图像放大装置中的数据存储单元和图像放大单元之间增加了两个先进先出缓存单元及读写控制单元，读写控制单元，用于分别控制两个先进先出缓存单元直接或间接从数据存储单元中获取要放大方向上的两相邻通道的像素点的灰度值，然后控制两个先进先出缓存单元并行将两相邻通道像素点的灰度值输出到图像放大单元中，进行在两相邻通道像素点之间插入新像素点灰度值的计算，完成插值。由于本发明不需要在图像放大单元从数据存储单元中依次串行读取在放大方向上的两相邻通道像素点的灰度值，而是图像放大单元从两个缓存单元中同时并行读取与要插入像素点相邻两通道的像素点，所以提高了图像放大的速度。

Description

一种图像放大装置及方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种图像放大装置及方法。

背景技术

在现有的图像处理过程中，常常需要采用一种有效的方法来更改原始图像的大小，并保证更改后的目标图像具有较好的质量，不会使得放大后的目标图像产生明显的图像失真。

在现有的图像放大中，一般采用双线性插值方法来完成。该方法可以较好地消除锯齿或/和马赛克等明显的图像质量问题，保留原始图像的像素点信息，使得放大后的目标图像比较平滑，有较好的视觉效果。

下面结合图1和图2来对采用双线性插值方法从原始图像到目标图像进行图像放大的原理进行详细说明，其中，图1为双线性插值中原始图像示意图，图2为双线性插值中经过插值后得到的目标图像示意图，假设图像在水平方向放大m倍，在垂直方向放大n倍。

首先，根据几何位置对应关系，使得图2目标图像中与图1原始图像像素位置对应的新像素点灰度值保持不变，如图2目标图像中在水平方向放大m倍，在垂直方向放大n倍后得到新像素点(ma，nb)、(m(a+1)，nb)、(ma，n(b+1))、(m(a+1)，n(b+1))，其像素灰度值G(ma，nb)、G(m(a+1)，nb)、G(ma，n(b+1))、G(m(a+1)，n(b+1))与图1原始图像中对应的四个相邻像素点(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+1，b+1)保持一致。

其次，在图2所示目标图像中的新像素点(ma，nb)、(m(a+1)，nb)、(ma，n(b+1))、(m(a+1)，n(b+1))之间会产生空隙，此时需要插入新的像素点以保证得到的目标图像不会产生明显的图像失真。

在本步骤中，如将在图2所示目标图像的4个像素点(ma，nb)、(m(a+1)，nb)、(ma，n(b+1))、(m(a+1)，n(b+1))之间产生的空隙中插入新的像素点。因为图像在水平方向放大m倍，在垂直方向放大n倍，所以在目标图像中，新像素点(ma，nb)所在行与新像素点(ma，n(b+1))所在行之间需要插入n-1行新的像素点，新像素点(ma，nb)所在列与新像素点(m(a+1)，nb)所在列需要插入m-1列新的像素点。

在双线性插值过程中，利用目标图像中(ma，nb)、(m(a+1)，nb)、(ma，n(b+1))、(m(a+1)，n(b+1))四个像素点的灰度值来计算位于该四个像素点所围区域内需要插入新像素点的灰度值后插入新的像素，从而完成图像的放大。

首先，在垂直方向进行线性插值放大，即在新像素点(ma，nb)、(ma，n(b+1))之间插入n-1个新的像素点(ma，nb+1)、(ma，nb+2)、...(ma，nb+n-1)、(ma，n(b+1))。在新像素点(m(a+1)，nb)、(m(a+1)，n(b+1))之间插入n-1个新的像素点(m(a+1)，nb+1)、(m(a+1)，nb+2)、...(m(a+1)，nb+n-1)、(m(a+1)，n(b+1))。所要插入像素点的灰度值计算如公式(1)和(2)所示：

$G(\mathrm{ma},\mathrm{nb}+i)=G(\mathrm{ma},\mathrm{nb})+\frac{1}{n}[G(\mathrm{ma},n(b+1))-G(\mathrm{ma},\mathrm{nb})]$

$=\frac{n-i}{n}G(\mathrm{ma},\mathrm{nb})+\frac{i}{n}G(\mathrm{ma},n(b+1))---\left(1\right)$

$G(m(a+1),\mathrm{nb}+i)=G(m(a+1),\mathrm{nb})+\frac{i}{n}[G(m(a+1),n(b+1))-G(m(a+1),\mathrm{nb})]$

$=\frac{n-i}{n}G(m(a+1),\mathrm{nb})+\frac{i}{n}G(m(a+1),n(b+1))---\left(2\right)$

其中，i＝1～n-1，且i、n都为整数，

为插值系数。

其次，在垂直方向完成线性插值放大后，进行水平方向的插值放大，即在新像素点(ma，nb)、(m(a+1)，nb)之间插入m-1个新的像素点(ma+1，nb)、(ma+2，nb)、...(ma+m-1，nb)、(m(a+1)，nb)。在新像素点(ma，n(b+1))、(m(a+1)，n(b+1))之间插入m-1个新的像素点(ma+1，n(b+1))、(ma+2，n(b+1))、...(ma+m-1，n(b+1))、(m(a+1)，n(b+1))。

$(\mathrm{ma}+j,\mathrm{nb})=G(\mathrm{ma},\mathrm{nb})+\frac{j}{m}[G(m(a+1),\mathrm{nb})-H(\mathrm{ma},\mathrm{nb})]$

$=\frac{m-j}{m}G(\mathrm{ma},\mathrm{nb})+\frac{j}{m}G(m(a+1),\mathrm{nb})---\left(3\right)$

$G(\mathrm{ma}+j,n(b+1))=G(\mathrm{ma},n(b+1))+\frac{j}{m}[G(m(a+1),n(b+1))-G(\mathrm{ma},n(b+1))]$

$=\frac{m-j}{m}G(\mathrm{ma},n(b+1))+\frac{j}{m}G(m(a+1),n(b+1))---\left(4\right)$

其中，j＝1～m-1，且j、m都为整数，

为插值系数。

对于在垂直方向完成插值放大后新插入的像素点(ma，nb+i)、(m(a+1)，nb+i)之间在水平方向放大时，需要插入的新像素点(ma+j，nb+i)像素灰度值为

$G(\mathrm{ma}+j,\mathrm{nb}+i)=G(\mathrm{ma},\mathrm{nb}+i)+\frac{j}{m}[G(m(a+1),\mathrm{nb}+i)-G(\mathrm{ma},\mathrm{nb}+i)]---\left(5\right)$

其中，i＝1～n-1，j＝1～m-1，且i、j、m、n都为整数。

以上在放大原始图像时，是对原始图像先在垂直方向上放大，再在水平方向上放大得到目标图像来进行说明。对于对原始图像先在水平方向上放大，再在垂直方向上放大的情况与上述方式相似，这里不再赘述。

无论对图1所示原始图像先进行垂直方向放大再进行水平方向放大，还是对图1所示原始图像先进行水平方向放大再进行垂直方向放大，由公式(1)、(2)、(3)和(4)可以看出，在计算图2目标图像中所要插入的新像素点灰度值时，都需要根据图1原始图像中相邻两通道即相邻两行像素或相邻两列像素的像素点灰度值得到。

图3为现有的图像放大装置示意图，其包括：数据输入单元、第一数据存储单元、第一方向图像放大单元、第二数据存储单元、第二方向图像放大单元及图像输出单元。其中，第一方向和第二方向互相垂直。

数据输入单元，用于将原始图像各个像素点的位置及灰度值输入到第一数据存储单元中；

第一数据存储单元，用于暂存原始图像中各个像素点的位置及灰度值，并将原始图像中像素点的灰度值依次输入到第一方向图像放大单元；

第一方向图像放大单元，用于从第一数据存储单元读取在第一方向放大时两相邻通道中前一通道像素点的灰度值后，再自第一数据存储单元读取在第一方向两相邻通道中后一通道像素点的灰度值，第一方向图像放大单元依据相邻两通道像素点的灰度值计算所要插入像素点的灰度值，从而插入新的像素，完成图像在第一方向的放大，然后再将在第一方向放大后的图像发送给第二数据存储单元；

第二数据存储单元，用于存储在第一方向放大后的图像中各个像素点的位置及其灰度值，并将存储的第一方向放大后的图像像素点的灰度值依次输入到第二方向放大单元；

第二方向图像放大单元，用于接收第二数据存储单元发送的在第二方向两相邻通道像素点的灰度值后，计算得到要插入像素点的灰度值后，从而插入新的像素，完成图像在第二方向的放大，得到最终放大的目标图像后输入到图像输出单元；

图像输出单元，用于将从第二方向图像放大单元接收的目标图像输出。

依据双线性插值进行图像放大的原理，第一数据存储单元通常先写入第一方向两相邻通道中前一通道像素点的灰度值到第一方向图像放大单元，再写入第一方向两相邻通道中后一通道像素点的灰度值到第一方向图像放大单元，写满相邻两通道像素点的灰度值后进行插值放大，得到两通道之间要插入像素点的灰度值，从而得到最终的目标图像。从图3可以看出，第一方向图像放大单元在读取两相邻通道中前一通道的原始图像像素灰度值后，需要等待一个时间周期，继续读取两相邻通道中后一通道原始图像灰度值后才能对目标图像产生的空隙插入新的像素点，完成图像的插值放大。第二方向图像的放大过程与第一方向基本相同。在现有的图像放大装置中，其数据的读取速度和效率较慢，因而进行线性插值完成图像放大的处理速度较慢。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种图像放大装置，该装置能够提高图像放大的速度，从而提高图像放大的效率。

本发明还提供一种图像放大方法，该方法能够提高图像放大的速度，从而提高图像放大的效率。

根据本发明的一方面，本发明提供了一种图像放大装置，其包括：图像输入单元、数据存储单元、读写控制单元、第一先进先出缓存单元、第二先进先出缓存单元、图像放大单元及图像输出单元，其中，

图像输入单元，用于将原始图像中各个像素点的位置及灰度值输入到数据存储单元中；

数据存储单元，用于暂存原始图像中各个像素点的位置及灰度值；

读写控制单元，用于控制第一先进先出缓存单元、第二先进先出缓存单元及图像放大单元的数据读取操作；

第一先进先出缓存单元，用于在读写控制单元的控制下，从数据存储单元或第二先进先出缓存单元二者之一读取放大方向上两相邻通道中前一通道像素点的灰度值并暂存；

第二先进先出缓存单元，用于在读写控制单元的控制下，从第一先进先出缓存单元或数据存储单元二者之一读取放大方向上两相邻通道中后一通道像素点的灰度值并暂存；

图像放大单元，用于在读写控制单元的控制下，从第一先进先出缓存单元和第二先进先出缓存单元并行读入放大方向上两相邻通道像素点的灰度值，进行在两相邻通道之间插入的像素点的灰度值计算，插值放大，得到放大后的目标图像，发送给图像输出单元；

图像输出单元，用于接收图像放大单元发送的目标图像后输出目标图像。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种图像放大方法，其包括：

将原始图像中各像素点的位置及灰度值暂存在数据存储单元中；

通过第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元直接或间接从数据存储单元中获取要放大方向上的两相邻通道中前一通道及后一通道像素点的灰度值，然后第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元并行将两相邻通道中前一通道及后一通道像素点的灰度值输入到图像放大单元，由图像放大单元在两相邻通道像素点之间插入像素点灰度值的计算，插值放大，得到放大后的目标图像。

从上述方案可以看出，本发明在数据存储单元和图像放大单元之间增加了两个先进先出缓存单元及读写控制单元，其中，读写控制单元，用于分别控制两个先进先出缓存单元直接或间接从数据存储单元中获取要放大方向上的两相邻通道的像素点的灰度值，然后控制两个先进先出缓存单元并行将两相邻通道像素点的灰度值输出到图像放大单元中，进行插入两相邻通道像素点的灰度值计算，完成插值。由于本发明不需要像现有技术那样在图像放大单元从数据存储单元中依次串行读取在放大方向上的相邻两通道像素点的灰度值，而是图像放大单元从两个先进先出缓存单元中同时并行读取与要插入像素点相邻的两通道的像素点，所以提高了图像放大的速度，提高了图像放大的效率。

附图说明

图1为双线性插值中原始图像示意图；

图2为双线性插值中目标图像示意图；

图3为现有技术提供的图像放大装置示意图；

图4为本发明第一实施例的图像放大装置示意图；

图5为本发明提供的图像放大方法流程图；

图6为本发明第二实施例的图像放大装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并结合具体实施例，对本发明作进一步详细说明。

为了克服现有技术中在进行图像放大时读取原始图像数据需要等待而导致图像放大处理速度慢的问题，本发明提供了一种只需要一个时钟周期即可同时完成对原始图像中相邻两通道(即相邻两行或相邻两列)像素灰度值读取的图像放大装置，在图像进行插值放大时，能够连续获取原始图像中两通道像素点的灰度值，因此，与现有技术中采用的图像放大装置相比，其图像放大处理速度提高了一倍。

具体地，在数据存储单元和图像放大单元之间增加了两个先进先出缓存单元及读写控制单元，其中，读写控制单元，用于分别控制两个先进先出缓存单元直接或间接从数据存储单元中获取要放大方向上的两相邻通道像素点的灰度值，然后控制两个先进先出缓存单元并行将两相邻通道像素点的灰度值输出到图像放大单元中，进行插入两相邻通道像素点的灰度值计算，完成插值。

以下结合两个具体的实施例来对本发明提供的图像放大装置及其方法进行详细说明。

第一实施例

图4为本发明第一实施例的图像放大装置示意图，其包括：图像输入单元、数据存储单元、读写控制单元、第一先进先出缓存单元、第二先进先出缓存单元、图像放大单元及图像输出单元，其中，

图像输入单元，用于将原始图像中各个像素点的位置及灰度值输入到数据存储单元中；

数据存储单元，用于暂存原始图像中各个像素点的位置及灰度值，并依据系统的数据跳转指令，输出第一通道或第二通道像素点的灰度值；

读写控制单元，用于控制第一先进先出缓存单元、第二先进先出缓存单元及图像放大单元的数据读取操作；

第一先进先出(First In First Out，FIFO)缓存单元，用于在读写控制单元的控制下，从数据存储单元或第二先进先出缓存单元二者之一读取放大方向上两相邻通道中前一通道像素点的灰度值并暂存；

第二先进先出缓存单元，用于在读写控制单元的控制下，从第一先进先出缓存单元或数据存储单元二者之一读取放大方向上两相邻通道中后一通道像素点的灰度值并暂存；

图像放大单元，用于在读写控制单元的控制下，从第一先进先出缓存单元和第二先进先出缓存单元并行读入放大方向上两相邻通道像素点的灰度值，进行在两相邻通道之间插入的像素点的灰度值计算，从而进行插值放大，得到放大后的目标图像，发送给图像输出单元；

图像输出单元，用于接收图像放大单元发送的目标图像后输出目标图像。

在本实施例中，一通道像素点为一行或一列像素点，图像放大单元为垂直方向放大单元或水平方向放大单元。由于对于采用双线性插值进行图像放大是分别在垂直方向和水平方向的两个方向进行插值放大，其在垂直方向和水平方向进行放大的原理及步骤完全相同，本实施例仅以图像在垂直方向上进行放大为例来进行说明，对于图像在水平方向上进行放大不再赘述。

在该实施例中，垂直方向放大时，垂直方向上相邻两行就是上述指出的在放大方向上的相邻的前一通道与后一通道；水平方向放大时，水平方向上相邻两列就是上述指出的在放大方向上的相邻的前一通道与后一通道。

在本实施例中，读写控制单元对第一先进先出缓存单元、第二先进先出缓存单元及图像放大单元的控制通过读取控制指令完成，读写控制单元提供的读取控制指令包括三种：第一读取控制指令、第二读取控制指令及第三读取控制指令；当读写控制单元提供第一读取控制指令时，第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元进行数据清空操作；当读写控制单元提供第二读取控制指令时，第一先进先出缓存单元从数据存储单元进行数据读取操作，第二先进先出缓存单元从第一先进先出缓存单元进行数据读取操作；当读写控制单元提供第三读取控制指令时，第二先进先出缓存单元从数据存储单元进行数据读取操作，第一先进先出缓存单元从第二先进先出缓存单元进行数据读取操作。

在该实施例中，假设图1中原始图像为5×5图像像素，即原始图像有5行5列的原始像素点，其行号分别为S1、S2、S3、S4、S5，其中，S1、S3、S5代表奇数行，S2、S4代表偶数行。将原始图像放大n×m倍后得到如图2所示的目标图像，其中，n代表垂直方向放大倍数，m代表水平方向放大倍数。在本实施例中，先令n＝m＝3，即在垂直和水平方向都放大3倍。也就是在原始图像的每相邻两行插入两行像素点，在每相邻两列插入两列像素点。本实施例仅以图像在垂直方向放大3倍为例来进行说明，对于图像在水平方向上放大3倍不再赘述。

在本实施例中，图像输入单元，用于将如图1所示5×5的原始图像像素点位置坐标及灰度值输入到数据存储单元暂存起来。随后依据读写控制单元的读取控制指令，第一FIFO缓存单元、第二FIFO缓存单元及图像放大单元进行相应的从数据存储单元数据读取动作。

以图像放大倍数n＝m＝3为例，读写控制单元提供的三种读取控制指令分别用00、01、10表示，其中，00为第一读取控制指令，表示第一FIFO缓存单元及第二FIFO缓存单元进行数据清空操作；01为第二读取控制指令，表示第一FIFO缓存单元主动从数据存储单元进行数据读取操作，第二FIFO缓存单元从第一FIFO缓存单元进行数据读取操作；10为第三读取控制指令，表示第二FIFO缓存单元主动从数据存储单元进行数据读取操作，第一FIFO缓存单元从第二FIFO缓存单元进行数据读取操作。

当读写控制单元提供第一读取控制指令，也就是00时，第一FIFO缓存单元与第二FIFO缓存单元的清空标志位有效，此时第一FIFO缓存单元及第二FIFO缓存单元里面数据清空。

表一

在第一FIFO缓存单元及第二FIFO缓存单元数据清空完成后，如表一所示，在第一时钟周期，读写控制单元提供第二读取控制指令01，此时，第一FIFO缓存单元主动将数据存储单元中第S1行原始图像像素点的灰度值写入到第一FIFO缓存单元中。

在第二时钟周期，读写控制单元仍然提供第二读取控制指令，即01，此时，第一FIFO缓存单元将数据存储单元中第S2行原始图像像素点的灰度值写入到第一FIFO缓存单元中，同时将第一FIFO缓存单元所存储的第S1行原始图像像素点的灰度值读出后写入到第二FIFO缓存单元中。

在第三时钟周期，读写控制单元提供第二读取控制指令，即01，第一FIFO缓存单元主动从数据存储单元里面写入第S1行原始图像像素点灰度值，同时将上一周期第一FIFO缓存单元中所存储的第S2行原始图像像素点灰度值读出后输入到第二FIFO缓存单元及图像放大单元，而此时第二FIFO缓存单元也将上一周期中所存储的第S1行原始图像像素点的灰度值读出后输入到图像放大单元，因此，图像放大单元可以同时根据第S1行及第S2行原始图像像素点灰度值在一个时钟周期内来进行双线性插值放大，在依据公式(1)、(2)所示插值公式进行插值放大时其插值系数

对应的值如表一所示。

在第四时钟周期，读写控制单元提供的读取控制指令为第三读取控制指令10，此时第二FIFO缓存单元主动从数据存储单元读取第S1行原始图像像素点的灰度值，同时将上一周期中存储的第S2行原始图像像素点灰度值读出后输入到第一FIFO缓存单元及图像放大单元，此时第一FIFO缓存单元也将上一周期中存储的第S1行原始图像像素点的灰度值读出后输入到图像放大单元，此时图像放大单元根据第S2行及第S1行原始图像像素点灰度值在一个时钟周期内进行双线性插值放大，在依据公式(1)、(2)所示插值公式进行插值放大时其插值系数对应的值如表一所示。

由图像放大中其空间坐标映射的对应关系可以得到，当图像在垂直方向的放大倍数m＝3时，其需要在原始图像中同一列相邻两行之间插入2个像素点才能得到目标图像，再加上与原始图像中直接映射得到的像素点，总共需要进行3次插值运算才能得到目标图像中的像素点灰度值，也就是说图像放大单元需要得到3次同一像素行的数据。

在本发明中，当垂直方向放大倍数n为奇数时，从数据存储单元逐次输出的数据行的变换规律为S1、S2、(n-1)个S1、S3、(n-1)个S2、S4、(n-1)个S3、S5...，读写控制单元里面对应的读取控制指令变化规律为01、(n-1)个01、10、(n-1)个01、10...。依据读写控制单元的状态信号，第一FIFO缓存单元、第二FIFO缓存单元及图像放大单元完成相对应的数据存取动作。

综上，也就是说，当垂直方向放大倍数n为奇数时，在第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元依据读写控制单元提供的第一读取控制指令，进行数据清空操作后，读写控制单元中读取控制指令变化规律如下：

a1.读写控制单元提供第二读取控制指令；

b1.读写控制单元提供n-1次第二读取控制指令；

c1.读写控制单元提供第三读取控制指令；

d1.顺序重复执行步骤b1至c1，直到当前帧图像放大完成。

在本实施例中，再令n＝m＝4，即在垂直和水平方向都放大4倍。也就是在原始图像的每相邻两行插入3行像素点，在每相邻两列插入3列像素点。如表二所示，表二指出了在读写控制单元提供不同的读取控制指令时，第一FIFO缓存单元及第二FIFO缓存单元如何从数据存储单元读取通道像素点的灰度值及输入到图像放大单元的过程。

表二

当放大倍数n＝m＝4时，依据读写控制单元的读取控制指令，图像放大装置中第一FIFO缓存单元、第二FIFO缓存单元及图像放大单元进行相应的数据读取动作。在本发明中，当垂直方向放大倍数n为偶数时，从数据存储单元逐次输出的数据行的变换规律为S1、S2、(n-1)个S1、S3、(n-1)个S2、S4、(n-1)个S3、S5...，读写控制单元里面对应的读取控制指令变化规律为01、01、n/2个(01、10)、n/2个(10、01)...。依据读写控制单元里面的读取控制指令，第一FIFO缓存单元、第二FIFO缓存单元及图像放大单元完成相对应的数据存取动作。

综上，也就是说，当垂直方向放大倍数n为偶数时，在第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元依据读写控制单元提供第一读取控制指令，进行数据清空操作后，读写控制单元中读取控制指令变化规律如下：

a2.读写控制单元提供两次第二读取控制指令；

b2.读写控制单元依次提供第二读取控制指令、第三读取控制指令，并且重复n/2次；

c2.读写控制单元依次提供第三读取控制指令、第二读取控制指令，并且重复n/2次；

d2.顺序重复执行步骤b2至c2，直到当前帧图像放大完成。

需要说明的是，在本实施列中，无论垂直方向放大倍数n为奇数或是偶数，数据存储单元中依据其获得的数据读取跳转指令，其输出的数据变化规律是一样的，都为S1、S2、(n-1)个S1、S3、(n-1)个S2、S4、(n-1)个S3、S5...。

其遵循以下规律：

s1.数据存储单元输出两相邻通道中前一通道像素点的灰度值；

s2.数据存储单元输出两相邻通道中后一通道像素点的灰度值；

s3.数据存储单元输出n-1次两相邻通道中前一通道像素点的灰度值；

s4.依据数据存储单元获得的通道读地址跳转指令，将相邻两通道中的前一通道及后一通道分别加1，顺序重复执行步骤s2至s3，直到当前帧图像放大完成。

本发明中，两相邻通道指的是相邻两行或相邻两列，如在本实施例中的第一循环周期，两相邻通道为第S1行及第S2行数据，两相邻通道中前一通道为第S1行数据，两相邻通道中后一通道为第S2行数据；而在第二循环周期，依据数据存储单元获得的通道读地址跳转指令，将相邻两通道中的前一通道及后一通道分别加1，此时，两相邻通道为第S2行及第S3行数据，两相邻通道中前一通道为第S2行数据，两相邻通道中后一通道为第S3行数据，逐次类推，不再赘述。

本实施例仅以图像在垂直方向进行图像放大为例来进行说明，完成垂直方向放大后，图像在水平方向进行插值放大的原理与步骤同垂直方向进行图像放大完全相同，不再赘述。

由该实施例可以看出，在本发明中，图像放大单元可以在一个时钟周期内同时得到与要插入像素点相邻两行或两列的像素点的灰度值，从而可以连续的进行插值放大。而不需要像现有技术中那样，需要在两个时钟周期才能完成一个通道的要插入像素点的灰度值插入。因此，相对于现有技术，本发明所采用的图像放大装置处理速度明显加快，进一步缩短了进行图像放大的处理时间，提高了图像放大的效率。

图5为本发明提供的图像放大方法流程图，其具体步骤为：

步骤501、暂存原始图像数据。

具体地，将原始图像中各像素点的位置及灰度值暂存在数据存储单元中。

步骤502、获取原始图像数据中两相邻通道像素点的灰度值，并在两相邻通道像素点之间进行插值放大。

具体地，通过第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元直接或间接从数据存储单元中获取要放大方向上的两相邻通道中前一通道及后一通道像素点的灰度值，然后第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元并行将两相邻通道中前一通道及后一通道像素点的灰度值输入到图像放大单元，由图像放大单元在两相邻通道像素点之间插入像素点灰度值的计算，插值放大，得到放大后的目标图像。

第二实施例

图6为本发明第二实施例的图像放大装置示意图，与第一实施例不同的是，该实施例在图像放大单元完成图像插值放大后经过一个后端图像缓存单元进行缓冲后再发送给图像输出单元。该后端图像缓存单元可以为一个大容量的先进先出缓存器，这样使得输出的放大图像更加稳定，从而使得在图像输出单元输出的目标质量效果更好。

在本发明中的图像放大装置中以选择用现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现。

以上仅举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案及优点进行了详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，对本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种图像放大装置，其特征在于，包括：图像输入单元、数据存储单元、读写控制单元、第一先进先出缓存单元、第二先进先出缓存单元、图像放大单元及图像输出单元，其中，

图像输入单元，用于将原始图像中各个像素点的位置及灰度值输入到数据存储单元中；

数据存储单元，用于暂存原始图像中各个像素点的位置及灰度值；

读写控制单元，用于控制第一先进先出缓存单元、第二先进先出缓存单元及图像放大单元的数据读取操作；

第一先进先出缓存单元，用于在读写控制单元的控制下，从数据存储单元或第二先进先出缓存单元二者之一读取放大方向上两相邻通道中前一通道像素点的灰度值并暂存；

第二先进先出缓存单元，用于在读写控制单元的控制下，从第一先进先出缓存单元或数据存储单元二者之一读取放大方向上两相邻通道中后一通道像素点的灰度值并暂存；

图像放大单元，用于在读写控制单元的控制下，从第一先进先出缓存单元和第二先进先出缓存单元并行读入放大方向上两相邻通道像素点的灰度值，进行在两相邻通道之间插入的像素点的灰度值计算，插值放大，得到放大后的目标图像，发送给图像输出单元；

图像输出单元，用于接收图像放大单元发送的目标图像后输出目标图像。

2.如权利要求1所述的图像放大装置，其特征在于，所述图像放大装置还包括：位于图像放大单元和图像输出单元之间的后端图像缓存单元，其用于将在图像放大单元完成图像插值放大后的目标图像进行缓冲后，再发送给图像输出单元。

3.如权利要求1或2所述的图像放大装置，其特征在于，在放大倍数为n时，n为自然数，所述数据存储单元遵循如下规律将原始图像像素点位置及灰度值输入到第一先进先出缓存单元或第二先进先出缓存单元：

s1.数据存储单元输出两相邻通道中前一通道像素点的灰度值；

s2.数据存储单元输出两相邻通道中后一通道像素点的灰度值；

s3.数据存储单元输出n-1次两相邻通道中前一通道像素点的灰度值；

s4.依据数据存储单元获得的通道读地址跳转指令，将相邻两通道中的前一通道及后一通道分别加1，顺序重复执行步骤S1至S2，直到当前帧图像放大完成。

4.如权利要求3所述的图像放大装置，其特征在于，

所述读写控制单元提供第一读取控制指令时，第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元数据清空；

所述读写控制单元提供第二读取控制指令时，第一先进先出缓存单元从数据存储单元读取数据，第二先进先出缓存单元从第一先进先出缓存单元读取数据；

所述读写控制单元提供第三读取控制指令时，第二先进先出缓存单元从数据存储单元读取数据，第一先进先出缓存单元从第二先进先出缓存单元读取数据。

5.如权利要求4所述的图像放大装置，其特征在于，当图像放大装置在放大方向上放大倍数n为奇数时，所述读写控制单元中读取控制指令变化规律如下：

a1.读写控制单元提供第一读取控制指令；

b1.读写控制单元提供第二读取控制指令；

c1.读写控制单元提供n-1次第二读取控制指令；

d1.读写控制单元提供第三读取控制指令；

e1.顺序重复执行步骤c1至d1，直到当前帧图像放大完成。

6.如权利要求4所述的图像放大装置，其特征在于，当图像放大装置在放大方向上放大倍数n为偶数时，读写控制单元中读取控制指令变化规律如下：

a2.读写控制单元提供第一读取控制指令；

b2.读写控制单元提供两次第二读取控制指令；

c2.读写控制单元依次提供第二读取控制指令、第三读取控制指令，并且重复n/2次；

d2.读写控制单元依次提供第三读取控制指令、第二读取控制指令，并且重复n/2次；

e2.顺序重复执行步骤c2至d2，直到当前帧图像放大完成。

7.如权利要求1所述图像放大装置，其特征在于，所述图像放大装置通过现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件实现。

8.一种图像放大方法，其特征在于，所述方法包括：

将原始图像中各像素点的位置及灰度值暂存在数据存储单元中；

通过第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元直接或间接从数据存储单元中获取要放大方向上的两相邻通道中前一通道及后一通道像素点的灰度值，然后第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元并行将两相邻通道中前一通道及后一通道像素点的灰度值输入到图像放大单元，由图像放大单元在两相邻通道像素点之间插入像素点灰度值的计算，插值放大，得到放大后的目标图像。

9.如权利要求8所述的图像放大方法，其特征在于，在图像放大倍数为n时，n为自然数，数据存储单元遵循如下规律将其所存储的原始图像像素点位置及灰度值输入到第一先进先出缓存单元或第二先进先出缓存单元：

s1.数据存储单元输出两相邻通道中前一通道像素点的灰度值；

s2.数据存储单元输出两相邻通道中后一通道像素点的灰度值；

s3.数据存储单元输出n-1次两相邻通道中前一通道像素点的灰度值；

s4.依据数据存储单元获得的通道读地址跳转指令，将相邻两通道中的前一通道及后一通道分别加1，顺序重复执行步骤s2至s3，直到当前帧图像放大完成。

10.如权利要求9所述的图像放大方法，其特征在于，

所述第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元依据读写控制单元中的读取控制指令进行从数据存储单元中的数据读取操作。

11.如权利要求10所述的图像放大方法，其特征在于，

读写控制单元提供第二读取控制指令，第一先进先出缓存单元从数据存储单元进行数据读取操作，同时，第二先进先出缓存单元从第一先进先出缓存单元进行数据读取操作；

读写控制单元提供第三读取控制指令，第二先进先出缓存单元从数据存储单元进行数据读取操作，同时，第一先进先出缓存单元从第二先进先出缓存单元进行数据读取操作。

12.如权利要求11所述的图像放大方法，其特征在于，所述第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元进行数据读取操作步骤之前，所述方法还包括：

读写控制单元提供第一读取控制指令，第一先进先出缓存单元及第二先进先出缓存单元进行数据清空操作。

13.如权利要求11或12所述的图像放大方法，其特征在于，当图像放大的放大倍数n为奇数时，所述读写控制单元中读取控制指令依据如下规律变化：

a1、读写控制单元提供第二读取控制指令；

b1、读写控制单元提供n-1次第二读取控制指令；

c1、读写控制单元提供第三读取控制指令；

d1、顺序重复执行步骤b1至c1，直到当前帧图像放大完成。

14.如权利要求11或12所述的图像放大方法，其特征在于，当图像放大的放大倍数n为偶数时，所述读写控制单元中读取控制指令依据如下规律变化：

a2.读写控制单元提供两次第二读取控制指令；

b2.读写控制单元依次提供第二读取控制指令、第三读取控制指令，并且重复n/2次；

c2.读写控制单元依次提供第三读取控制指令、第二读取控制指令，并且重复n/2次；

d2.顺序重复执行步骤b2至c2，直到当前帧图像放大完成。

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