CN101950523B - 可调矩形窗图像缩放方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调矩形窗图像缩放方法及装置。本方法是通过获取待求目标象素块的顶点在源图像中所处的行、列位置，获取缩放过程中目标象素块所在可调矩形窗的位置及大小，进而获取计算目标象素块时所需的源象素块的位置及象素值，最后根据获取的所述待求目标象素块的顶点在源图像中所处的行、列位置及所需的源象素块的位置及象素值，求取所述的待求目标象素值。本装置包括输入接收模块、输入FIFO缓冲模块、列预缩放模块、预缓存模块、行缩放模块、输出缓冲模块、输出时序生成模块和参数计算与控制模块。本发明具有易于硬件实现、资源开销低、运算速度快、缩放后显示效果可调节等特点。以本发明所述方法为基础实现的数字图像缩放装置是应用于显示消费领域的最佳解决方案。

Description

可调矩形窗图像缩放方法及装置

技术领域

本发明涉及数字图像处理领域中的缩放方法及装置，具体涉及到一种可调矩形窗图像缩放及装置。

背景技术

日趋流行的平板显示器的最佳分辨率是固定的，它需要将不同分辨率的图像信号源转换成与其分辨率一致的图像，这样一个处理过程被称为图像缩放(scaling)，图像缩放装置(Scaler)即为完成这一工作的图像处理模块。作为平板显示系统的核心部分，它可以为显示屏提供可靠的图像缩放装置和图像增强处理，以满足不同用户、不同应用环境的需求。在图像缩放装置中，主要采用插值方法来实现图像缩放的功能。目前，双线性插值和最近邻域插值是芯片中使用较多的算法，其硬件实现简单，代价小，但用它们进行缩放会产生比较明显的边缘锯齿现象。而双三次插值、米切尔插值等三次插值算法能够较好得还原图像的原始信息，但由于涉及三次方的计算导致硬件实现复杂。

为了在提高传统缩放方法的缩放质量的同时减少硬件实现所消耗的资源，本发明提出了一种新型的可调矩形窗缩放方法，并以该方法为核心，设计了相应的图像缩放装置。该缩放装置不仅能实现源图像和目标图像之间不同分辨率的转换，而且还可通过此方法中参数的可调特性，在相同目标分辨率的条件下实现不同的显示效果(介于最近邻域插值和双线性插值之间的插值效果)。本发明提出的可调矩形窗方法及其装置由可编程器件FPGA硬件实现，并在TFT-LCD显示系统中对其可调缩放效果进行了验证。实验结果表明，以可调矩形窗方法为基础的缩放装置具有成本低、灵活性高、画质可调的优势。此外，本发明所述方法的应用目标不仅限于TFT-LCD显示终端，还可以用于其他显示终端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调矩形窗图像缩放方法及装置，以获得目标图像在横向、纵向方向上的象素值。所述的方法能以尽量少的资源来实现较高图像缩放质量的缩放装置，力求在图像缩放质量、硬件实现成本、算法运行速度等因素之间寻求平衡点，通过最优化的组合获得最高的性价比。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种可调矩形窗图像缩放方法，其特征在于所述图像包括多个象素点，所述象素点成二维矩阵式排布，横向为行、纵向为列，每个象素点被看成为具有一定宽度和高度的象素块，其操作步骤如下：

1)获取待求目标象素块的顶点在源图像中所处的行、列位置；

2)获取缩放过程中目标象素块所在可调矩形窗的位置及大小，即获取可调缩放参数；

3)根据上述的可调矩形窗的大小及位置，获取计算目标象素块时所需的源象素块的位置及象素值；

4)根据获取的所述待求目标象素块的顶点在源图像中所处的行、列位置及所需的源象素块的位置及象素值，求取所述的待求目标象素值；

5)进一步获取待求目标图像上的所有象素值。

一种可调矩形窗图像缩放装置，应用于上述方法，包括：

一个输入接收模块，其特征在于：

所述输入接收模块，用于接收输入源图像数据；

一个输入缓存模块，用于存数输入的源图像，供一个列预缩放模块调用所需图像数据；

所述列预缩放模块，用于获取象素在水平方向上的列预缩放值，完成缩放的中间过程；

一个列预缩放输出缓存模块，用于缓存经所述列预缩放模块处理后的中间数据，供一个行缩放模块调用所需的中间数据；

所述行缩放模块，用于获取象素在垂直方向上的行缩放值，完成最终的缩放过程，并将数据存储到一个行缩放输出缓存模块；

所述行缩放输出缓存模块，用于缓存经所述行缩放模块处理后所得的目标象素数据，供输出显示模块调用；

一个参数计算与控制模块，计算缩放装置所需的各项缩放参数，包括接收上位机提供的缩放模式要求；

一个时序输出生成模块，生成一帧图像的起止信号和行同步、场同步等时序信号。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明通过采用参数可调的矩形窗算法，使图像缩放效果可以为一般矩形窗缩放、双线性插值缩放、最近邻域插值缩放以及介于它们之间的任一种模式；缩放装置采用列预缩放和行缩放两次缩放来计算出某个目标象素值，且在列预缩放或行缩放的过程中，只需使用相邻的两个点进行计算，节约了图像的缓存单元，且列与行的缩放可以同时进行，减少了缩放时间、提高了缩放效率；缩放装置在时钟速度允许的条件下，可以支持任意不同分辨率之间的转换。

附图说明

图1为可调矩形窗图像缩放方法源图像和目标图像的重叠视图。

图2为可调矩形窗图像缩放方法的矩形窗口视图。

图3为可调矩形窗图像缩放方法的实例图。

图4为可调矩形窗图像缩放方法的流程图。

图5为可调矩形窗图像缩放装置的结构连接图。

图6为缩放引擎的输入接收模块原理图。

图7为缩放引擎的输入FIFO缓冲模块原理图。

图8为缩放引擎的列预缩放模块原理图。

图9为缩放引擎的预缓存模块原理图。

图10为缩放引擎的行缩放模块原理图。

图11为缩放引擎的输出缓存模块原理图。

图12为缩放引擎的参数计算模块原理图。

图13为缩放引擎的输出时序生成模块原理图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：一种可调矩形窗图像缩放方法，其特征在于所述图像包括多个像素点，所述像素点成二维矩阵式排布，横向为行、纵向为列，每个象素点被看成为具有一定宽度和高度的象素块，其操作步骤如下：

1)获取待求目标象素块的顶点在源图像中所处的行、列位置；

2)获取缩放过程中目标象素块所在可调矩形窗的位置及大小，即获取可调缩放参数；

3)根据上述的可调矩形窗的大小及位置，获取计算目标象素块时所需的源象素块的位置及象素值；

4)根据获取的所述待求目标象素块的顶点在源图像中所处的行、列位置及所需的源象素块的位置及象素值，求取所述的待求目标象素值；

5)进一步获取待求目标图像上的所有象素值。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：所述步骤1)获取待求目标象素块的顶点在源图像中所处的行、列位置的方法是：将源图像和目标图像看作两个大小相等的二维图像，并使其重合放置在同一直角坐标平面内，从而计算出目标象素块的顶点在源图像中所处的行、列位置。

所述步骤2)获取缩放过程中可调矩形窗的大小，即获取可调缩放参数的方法是：

根据系统初始缩放模式的设定或上位机的设定，确定可调矩形窗的尺寸大小。

所述步骤4)中获取计算目标象素块时所需的源象素块的位置及其相应的象素值的方法是：

以目标象素块所在的行、列位起始位置为顶点，构建一矩形窗，使其面积足够且至多覆盖到源图像上的四个象素块，则该四个源象素块就是计算目标象素所需的源象素，获取该四象素的坐标位置并记下其象素值。

所述步骤4)中求取所述的目标象素值的方法是：

待求目标象素值由权利要求4中所述的四个源象素块的象素值及该四个象素块在权利要求4中所述的矩形窗中所占的面积覆盖率的乘积之和所确定。

所述步骤5)进一步获取待求的目标图像上的所有象素值的方法是：

对输入图像，按照从左到右、从上到下的顺序，逐点、逐行地求出目标象素的像素值，直到遍历整幅图像的所有目标象素。

实施例三：本实施例也与实施例一基本相同，更为具体情况和工作原理如下：本实施例是根据待求目标象素所在的可调矩形窗所覆盖到的四个源象素值及该四个象素在该矩形窗中所占的面积覆盖率的乘积之和所确定。由于矩形窗参数的可调性，使得缩放后的目标图像能具有介于柔和锐化之间的不同显示效果，并且由于距离目标像素近的源象素占有更大的权重，使缩放后目标象素能保持原有象素的最大特征。

如图1所示，为本可调矩形窗图像缩放方法的源图像和目标图像重叠视图，包括如下参数：

源图像的分辨率：行数sm、列数sn；

源图像的行列起始坐标sx₀和sy₀；

源图像象素块的宽度sw和高度sh；

源图像第j行、第i列记为sj和si；

源图像sj行si列所在的象素值记为f_sj，si；

源图像sj行和si列的起点位置记为sx_si和sy_sj，且有sx_si+1＝sx_si+sw和sy_sj+1＝sy_sj+sh；

目标图像的分辨率：行数tm、列数tn；

目标图像的行列起始坐标tx₀和ty₀；

目标图像象素块的宽度tw和高度th；

目标图像第j行、第i列记为tj和ti；

目标图像tj行ti列所在的象素值记为g_tj，ti；

目标图像tj行和ti列的起点位置记为tx_ti和ty_tj，且有tx_ti+1＝tx_ti+tw和ty_tj+1＝ty_tj+th；

如图2所示，为本可调矩形窗图像缩放方法的矩形窗口视图。在当前所求目标象素的起始位置tx_ti和ty_tj处建立一个矩形窗，与该矩形窗相关的参数包括：

矩形窗的宽度w、高度h和面积swin；

矩形窗所覆盖到的源图像中4个象素的像素值f_sj，si、f_sj，si+1、f_sj+1，si和f_sj+1，si+1；

矩形窗所覆盖到的源图像中4个象素的像素面积A11、A12、A21和A22(同时也作为矩形窗子窗口的面积)；

矩形窗所覆盖到的源图像中4个象素的子窗口的宽度记为w1和w2、高度记为h1和h2；

矩形窗子窗口A11与源象素点f_sj，si的行列座标位置sx_si和sy_sj之间的偏移量分别记为a和b。

在上述所有参数中，目标图像分辨率tm与tn取决于实际显示屏的大小，其值恒定不变；源图像分辨率sm与sn取决于输入图像源的大小，自动分析并跟踪输入图像源；参数w、h、sw、sh、tw、th、sx₀、sy₀、tx₀、ty₀为相对常量，根据缩放前后的图像大小自动适应，并可根据可调要求做额外的调整，但在算法运行中保持不变；目标行列下标ti与tj在算法运行时遍历0至tm以及0至tn；参数si、sj、a、b、sx_si、sy_sj、tx_ti、ty_tj、w1、w2、h1、h2则跟随ti与tj的变化而变化。

根据图1所示的目标图像和源图像重叠视图，得到如式(1)所示的制约关系：

0≤sx₀＜tw   0≤tx₀＜sw

0≤sy₀＜th   0≤ty₀＜sh

                                 (1)

(sm-1)×sw≤tx0+tm×tw≤(sm+1)×sw

(sn-1)×sh≤ty0+tn×th≤(sn+1)×sh

为了保证矩形窗口最多覆盖源图像中的4个象素，规定：

0＜w≤sw                         (2)

0＜h≤sh

为了计算所覆盖源图像的位置，有：

tx_ti＝sx_si+a

                                  (3)

ty_tj＝sy_sj+b

即：

tx₀+ti×tw＝sx₀+si×sw+a

                                  (4)

ty₀+tj×th＝sy₀+sj×sh+b

则有：

a＝(tx₀+ti×tw-sx₀)％sw

                                   (5)

b＝(ty₀+tj×th-sy₀)％sh

其中，符号

为向下去整运算符，符号“％”为取模运算符。先计算w1与h1的值，有：

$w1=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{sw}-a& (\mathrm{sw}-a<w)\\ w& (\mathrm{sw}-a\&GreaterEqual;w)\end{array}\right.$

                                 (6)

$h1=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{sh}-b& (\mathrm{sh}-b<h)\\ h& (\mathrm{sh}-b\&GreaterEqual;h)\end{array}\right.$

再计算w2与h2的值，有：

w2＝w-w1                          (7)

h2＝h-h1

根据图2所示矩形窗口视图，设象素面积和象素值的乘积为象素的体积，则依据缩放前后象素体积不变的原理，可以得出矩形窗缩放方法的公式如式(8)所示

g_tj，ti×swin＝f_sj，si×A11+f_sj，si+1×A12+f_sj+1，si×A21+f_sj+1，si+1×A22   (8)

即

g_tj，ti×h×w＝f_sj，si×h1×w1+f_sj，si+1×h1×w2+f_sj+1，si×h2×w1+f_sj+1，si1×h2×w2  (9)

因此可得所求新象素点的值如公式(10)所示：

$g_{\mathrm{tj},\mathrm{ti}}=\frac{f_{\mathrm{sj},\mathrm{si}\&times;h1\&times;w1+f_{\mathrm{sj},\mathrm{si}+1}\&times;h1\&times;w2+f_{\mathrm{sj}+1,\mathrm{si}}\&times;h2\&times;w1+f_{\mathrm{sj}+1,\mathrm{si}+1}\&times;h2\&times;w2}}{h\&times;w}$

$=(f_{\mathrm{sj},\mathrm{si}}\&times;\frac{w1}{w}+f_{\mathrm{sj},\mathrm{si}+1}\&times;\frac{w2}{w1})\&times;\frac{h1}{h}+(f_{\mathrm{sj}+1,\mathrm{si}}\&times;\frac{w1}{w}+f_{\mathrm{sj}+1,\mathrm{si}+1}\&times;\frac{w2}{w})\&times;\frac{h2}{h}---\left(10\right)$

$=d_{\mathrm{sj},\mathrm{ti}}\&times;\frac{h1}{h}+d_{\mathrm{sj}+1,\mathrm{ti}}\&times;\frac{h2}{h}$

其中

$d_{\mathrm{sj},\mathrm{ti}}=f_{\mathrm{sj},\mathrm{si}}\&times;\frac{w1}{w}+f_{\mathrm{sj},\mathrm{si}+1}\&times;\frac{w2}{w}---\left(11\right)$

为了便于计算，做以下约定：w＝256，h＝256，在256级灰度等级情况下，以上约定不会影响方法的性能。对公式(10)进行分析可知，可以将该方法分成水平与垂直缩放两步，因此设计一维方向上的插值运算函数，使其具有如公式(12)所示的功能：

$\mathrm{func}(a,f1,f2\mathrm{sw})=\left\{\begin{array}{cc}\frac{(\mathrm{sw}-a)\&times;f1+(256-\mathrm{sw}+a)\&times;f2}{256}& (\mathrm{sw}-a<256)\\ f1& (\mathrm{sw}-a\&GreaterEqual;256)\end{array}\right.----\left(12\right)$

使用该运算函数，则有如下所示的水平方向上的插值公式(13)和垂直方向上的插值公式(14)：

$g_{\mathrm{tj},\mathrm{ti}}=\frac{d_{\mathrm{sj},\mathrm{ti}}\&times;h1+d_{\mathrm{sj}+1,\mathrm{ti}}\&times;h2}{h}=\mathrm{func}(b,d_{\mathrm{sj},\mathrm{ti}},d_{\mathrm{sj}+1,\mathrm{ti}},\mathrm{sh})---\left(14\right)$

根据图3所示的可调矩形窗方法的矩形窗口视图的实例图，以一简单示例说明矩形窗方法的原理。

图3所示的实例考虑了将分辨率为4×4的源图像f缩放至分辨率为5×5的目标图像g。

首先，求出缩放过程所需的各个参数：使f与g完全重合，为了计算目标图像第3行第4列位置的象素点g_3，4的象素值，在象素g_3，4的起点位置tx₃，ty₄处建立一个矩形窗口；设该矩形的宽度和高度都为256，则根据公式(4)可得源图像中象素块的宽度和高度都为320(忽略坐标偏移量tx₀、ty₀、sx₀和sy₀)；根据公式(5)可以求得该窗口覆盖了源图像的4个象素点，分别为：f₂₃、f₂₄、f₃₃、f₃₄，由公式(6)和公式(7)可得矩形窗口与该4个源象素点的交叉子窗口A11、A12、A21、A22的宽度分别为w1＝192，w2＝64，高度为h1＝h2＝128；根据公式(5)可以求得子窗口A11与源象素点f₂₃的坐标起始位置sx₃，sy₂的偏移都为a＝128，b＝192。

其次，应用插值公式(13)对图像进行水平方向上的列预缩放运算，得到如公式(15)所示的水平缩放过程中的中间象素值d_2，4和d_3，4。

$d_{\mathrm{2,4}}=\frac{192\&times;f_{23}+64\&times;f_{24}}{256}=\frac{3}{4}{f}_{23}+\frac{1}{4}{f}_{24}---\left(15\right)$

$d_{3,4}=\frac{192\&times;f_{33}+64\&times;f_{34}}{256}=\frac{3}{4}{f}_{33}+\frac{1}{4}{f}_{34}$

然后，应用插值公式(14)对图像进行垂直方向上的插值计算，则得到如公式(16)所示的目标象素g_3，4：

$g_{\mathrm{3,4}}=\frac{128\&times;d_{\mathrm{2,4}}+128\&times;d_{\mathrm{3,4}}}{256}=\frac{1}{2}(\frac{3}{4}{f}_{23}+\frac{1}{4}{f}_{24})+\frac{1}{2}(\frac{3}{4}{f}_{33}+\frac{1}{4}{f}_{34})$

$=\frac{3}{8}{f}_{23}+\frac{1}{8}{f}_{24}+\frac{3}{8}{f}_{33}+\frac{1}{8}{f}_{34}---\left(16\right)$

由公式(16)能直观看出：目标象素由其所在矩形窗所覆盖的像素点的值及其所在矩形窗的面积覆盖率的乘积之和所决定。

本发明中可调参数的获取方法主要是指可调缩放参数计算，包括：

sw、sh、tw、th参数的计算；

sw与tw的比值以及sh与th的比值相对于缩放前后分辨率的比值；

其中，sw、sh、tw、th的相对大小影响到缩放方法是一般矩形窗、双线性插值还是偏向于最近邻域法。

设w＝h＝256×16(18位二进制整数方式)，tw、th、sw、sh等也均是以18位二进制整数方式表示的数据，前缀ri(i＝1，2，3，4，5)表示运算过程中该数据的迭代次数。当输入图像的一帧结束时，参数sm、sn、tm、tn有效，则缩放参数的计算过程如下所示，

1、按照一般矩形窗放大模式进行预计算，此时矩形窗与目标图像像素矩形块大小一致，即tw＝w＝256×16、th＝h＝256×16，则有：

r1tw＝w＝256×16

r1th＝h＝256×16             (17)

缩放时尽可能使源图像与目标图像重叠，根据公式(1)并忽略sx0、sy0、tx0、ty0的影响，则有

$r1\mathrm{sw}=\frac{r1\mathrm{tw}\&times;\mathrm{tm}}{\mathrm{sm}}=\frac{256\&times;16\&times;\mathrm{tm}}{\mathrm{sm}}---\left(18\right)$

$r1\mathrm{sh}=\frac{r1\mathrm{th}\&times;\mathrm{tn}}{\mathrm{sn}}=\frac{256\&times;16\&times;\mathrm{tn}}{\mathrm{sn}}$

2、根据公式(2)对sw与sh的所规定的最小值限制，调整后有：

r2sw＝max(r1sw，w)＝max(r1sw，256×16)

                                                     (19)

r2sh＝max(r1sh，h)＝max(r1sh，256×16)

其中符号max()为求最大值的运算符。

3、根据系统的运行模式设置，计算各种模式下的放大参数r3sw如下所示

同理，计算各种模式下的放大参数r3sh如下所示：

4、根据系统的运行模式设置，计算各种模式下的缩小参数r3sw如下所示

同理，计算各种模式下的缩小参数r3sh如下所示

5、由sw和sh计算出相应的tw和th参数如下所示。

$r4\mathrm{tw}=\frac{r3\mathrm{sw}\&times;\mathrm{sm}}{\mathrm{tm}}---\left(24\right)$

$r4\mathrm{th}=\frac{r3\mathrm{sh}\&times;\mathrm{sn}}{\mathrm{tn}}$

6、将r4tw和r4th转换为源度量数据。即重复以下计算过程：

r5twL＝(r5twL≥r3sw)？(r5twL-r3sw)：r5twL

r5twH＝(r5twL≥r3sw)？(r5twH+1′B1)：r5twH         (25)

r5thL＝(r5thL≥r3sh)？(r5thL-r3sh)：r5thL

r5thH＝(r5thL≥r3sh)？(r5thH+1′B1)：r5thH

其中，r5twL表示r5tw的低9位数据，r5twH表示r5tw的高9位数据，两者组合起来构成完整的18位r5tw。式子r5twL＝(r5twL≥r3sw)？(r5twL-r3sw)：r5twL表示判断r5twL≥r3sw是否成立，若成立，则r5twL＝r5twL-r3sw；若不成立，则r5twL保持不变，即r5twL＝r5twL；r5twH、r5thL和r5thH的求解方式等同于r5twL。

7、当下一帧输入图像结束时，同步计算参数并使之有效，得到最终的有效参数sw、sh、tw和th。

sw＝r3sw

sh＝r3sh

twH＝r5twH     twL＝r5twL

thH＝r5thH     thL＝r5thL

缩放参数sw、sh、tw、th除按设定模式自动计算外，还可以通过上位机接口行手动设置，以观察任意参数下的缩放效果。

如图4所示，为本可调矩形窗方法图像缩放算法的缩放流程，主要包括列缩放过程和行缩放过程：

1、列缩放过程实现从源图像f生成中间图像d：首先，当源图像f新的一行开始时，计数所在行sj地址，中间图像d的列地址ti清零；计算目标地址ti所对应的a、si等信息；然后，等待源图像f的数据fsj，si与fsj，si+1就绪(列下标超出范围按0处理)并在数据就绪后用公式(13)计算出相应地dsj，ti数据；目标地址ti加1，继续下一个目标列直至所有列完成。

2、行缩放过程实现从中间图像d生成目标图像g：首先，当源图像f新的一帧开始时，目标图像d的行地址tj清零；计算目标地址tj所对应的b、sj等信息；然后，等待中间图像d的数据dsj，*与dsj+1，*全部就绪(行下标超出范围按0处理)；列地址ti从0至tm循环，并使用公式(14)计算出相应地gtj，ti数据；目标地址tj加1，继续下一个目标行直至所有行完成。

实施例四：

如图5所示，本可调矩形窗图像缩放装置包括输入接收模块1，输入FIFO缓冲模块2，列预缩放模块3，预缓存模块4，行缩放模块5，输出缓冲模块6，缩放参数计算与控制模块7和输出时序生成模块8。

所述的输入接收模块1主要完成两方面任务，一是接收并同步DVI视频信号，将同步后的视频信号交给输入FIFO模块2进行缓存；二是计算源图像的行列信息等参数供参数计算与控制模块7调用；

所述的输入FIFO缓冲模块2用于存储列缩放所需的图像数据并进行时钟域的转换；

所述列预缩放模块3用于对输入的象素数据做水平方向的缩放，该模块根据需要从模块2中以缩放时钟读出相应的数据，计算并得到缩放过程中的中间图像d后存储至预缓存模块4；

所述的预缓存模块4用于缓存列预缩放后的数据，以供所述的行缩放模块5调用；

所述的行缩放模块5根据当前垂直缩放所在的位置从所述预缓存模块4中取出相应的值进行垂直方向上的缩放，并将缩放数据输出至缓冲模块6；

所述的输出缓冲模块6用于存储所述行缩放模块5进行行缩放后的图像数据，并根据所述时序生成模块提供的时序信号，输出相应的图像数据；

所述缩放参数计算与控制模块7用于计算缩放过程中所使用到的参数，控制各模块协调工作；

所述的输出时序生成模块8用于产生输出显示所需的视频同步信号。

下面将结合附图对上述缩放装置的各模块进行详细介绍。

1、输入接收模块1

输入接收模块的输入输出接口信号如图6所示。该模块接收并同步来自DVI视频接收与解码模块输出的视频信号，对其进行源时钟同步处理，输出相应的同步信号、有效图像数据及其所在的行列位置。其中，输入信号主要有源时钟信号dCLK，输入数据有效信号dDE、输入水平同步信号dHS、输入垂直同步信号dVS和输入数据信号dQE；输出信号为进行源同步后的视频信号，主要包括源数据有效信号sDE及其上升沿脉冲信号sDE_up、源水平同步信号sHS及其上升沿脉冲信号sHS_up、源垂直同步信号sVS及其上升沿脉冲信号sVS_up、源数据信号sQE、源数据行地址信号sAR、源数据列地址信号sAC、源图像有效行和有效列的信息sn和sm、源图像所有行和所有列的信息sna和sma。

2、输入FIFO缓冲模块2

输入FIFO缓冲模块的输入输出接口信号如图7所示。一方面，该模块以源时钟接收由模块1中的源同步模块所输出信号、并将这些信号缓存至异步FIFO；另一方面，该模块根据列预缩放模块4发出的FIFO读使能信号，以缩放时钟输出FIFO中缓存的数据、数据有效信号、行起始和结束信号和行列地址信号等，供列预缩放使用。

3、列预缩放模块3

列预缩放模块如附图8所示。该模块对输入的象素数据做水平方向的缩放，输入图像信号经过该模块后，垂直有效区不变，水平有效区变为所要求显示的目标宽度。它主要由三大部分构成，分别为计算数据缓冲区、公式计算模块及逻辑控制单元。

工作时，FIFO缓冲模块2接收到来自列预缩放模块3的读请求后，将有效象素数据及相关行列信息传输至列预缩放模块；逻辑控制单元向计算缓冲区发出缓冲区判别信号，并将图像数据写入所选择的数据缓冲区，同时检测每行的开始；当检测到新的一行数据开始时，以目标图像列地址ti为变量进行循环操作，计算源图像中与其对应列的地址si以及矩形窗口的偏移量a；当FIFO中对应相邻两列的数据就绪时，公式计算模块读取计算缓冲区中相邻两列的数据并调用公式(13)进行插值计算；同时，逻辑控制单元将当前处理的行列信号发送至预缓存模块4，并将计算结果写入预缓冲模块4中。

4、预缓存模块4

预缓存模块的结构如图9所示。该模块可以缓冲相当于4行图像的数据量，用来存贮列预缩放模块3输出的中间数据，并回应行缩放模块5的读数据请求信号，输出所需的像素。在本发明中，使用4个大小均为1024×18的双口的RAM组合成预缓存模块，每个RAM可以存储一行有效象素数据，则四个RAM可依次存储四行连续的中间图像数据供行缩放模块调用。当要向预缓存模块写数据时，通过写使能信号wen[3:0]来选择对应的行缓存RAM，写使能信号代表了当前输入数据所在的行位置，根据数据所处的不同行，选择对应的行缓存RAM进行存储，不管当前RAM是否已写满，只要列预缩放模块输出的有效象素数据属于新的一行，数据就必须存储到另一RAM中。当向预缓存模块读数据的时候，当行缩放模块5向预缓存模块发出读请求使能信号和读地址信号、且所请求的数据准备就绪时，预缓存模块就可以同时从四个RAM读出四个数据，供行缩放模块调用。

5、行缩放模块5

行缩放模块如附图10所示。该模块对输入的图像数据做垂直方向的缩放，水平缩放后的图像经过该模块后，水平有效区不变，垂直有效区变为需要显示的目标图像高度。

该模块主要也是由三大部分组成，包括数据计算缓冲区、公式计算模块及逻辑控制单元。工作时，行缩放模块5向预缓存模块4发送读地址信号，并从预缓存模块中读取相应的有效象素数据，同时检测预缓冲模块中的帧结束信号；以目标图像的行地址tj为变量进行循环操作，对每个tj，循环tj取值0到tn-1，行缩放模块计算源图像中与之相对应的行地址sj及矩形窗的偏移量b，当预缓存中相应的相邻的sj行与sj+1行两行数据全部就绪时，对每个ti，循环ti取值0到tm-1，调用公式(14)进行插值计算；最后将输出数据写入输出缓冲。

6、输出缓冲模块6

输出缓冲模块结构如附图11所示。该模块内含有双口RAM作为数据缓冲器，容量为2048×18，相当于两行的图像数据量。该模块一方面以缩放时钟接收并存储从行缩放模块5输出的数据；另一方面，根据所述模块8给出的行列地址，以输出时钟频率取出缓存的图像数据，并通过延迟逻辑对所述模块8给出的时序信号进行相应的延时，使其和读出的输出数据保持同步，最后将输出数据和时序信号一起送至面板显示接口进行显示。

7、参数计算与控制模块7

参数计算与控制模块如图12所示。该模块根据输入接收模块1中参数提取模块给出的源图像有效行列信息(sm及sn)、输入数据有效信号dDE、输入水平同步信号dHS、输入垂直同步信号dVS以及目标显示器的分辨率信息，计算缩放装置所需的各项参数，如源图像象素块的宽度sw和高度sh、目标图像象素块的宽度tw和高度th、目标图像的起始偏移量tx₀和ty₀等，并将这些参数进行缩放时钟域的同步处理，还计算目标图像的所有行信息tma和所有列信息tna，并将该信号进行输出时钟域的同步，供输出缓存模块调用。供后续缩放模块调用；同时，该模块也实时检测上位机输出信号，根据所给出的工作模式，调整可调矩形窗的尺寸参数，从而实现不同的缩放效果。

8、输出时序生成模块8

输出时序生成模块如图13所示。该模块检测行缩放模块5输出的行地址信息，据此判断一帧图像的起止信息。当一帧图像开始时，记录下该帧的起始信号并对其进行输出时钟域的同步，然后以同步后的帧起始信号为基础，根据参数计算与控制模块7所给出的经输出时钟域同步的目标图像所有行、所有列的信息，按照输出时钟按输出图像的行列信息产生相应的同步信号和行列地址信号到输出缓存模块5取出相应的图像数据，送至DVI面板接口进行显示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种可调矩形窗图像缩放方法，其特征在于所述图像包括多个像素点，所述像素点成二维矩阵式排布，横向为行、纵向为列，每个像素点被看成为具有一定宽度和高度的像素块，其操作步骤如下：

1）获取待求目标像素块的顶点在源图像中所处的行、列位置；

2）获取缩放过程中目标像素块所在可调矩形窗的位置及大小，即获取可调缩放参数；

3）根据上述的可调矩形窗的大小及位置，获取计算目标像素块时所需的源像素块的位置及像素值；

4）根据获取的所述待求目标像素块的顶点在源图像中所处的行、列位置及所需的源像素块的位置及像素值，求取所述的待求目标像素值；

5）进一步获取待求目标图像上的所有像素值。

2.根据权利要求1所述的可调矩形窗图像缩放方法，其特征在于所述步骤1）获取待求目标像素块的顶点在源图像中所处的行、列位置的方法是：

将源图像和目标图像看作两个大小相等的二维图像，并使其重合放置在同一直角坐标平面内，从而计算出目标像素块的顶点在源图像中所处的行、列位置。

3.根据权利要求1所述的可调矩形窗图像缩放方法，其特征在于所述步骤2）获取缩放过程中可调矩形窗的大小，即获取可调缩放参数的方法是：

根据系统初始缩放模式的设定或上位机的设定，确定可调矩形窗的尺寸大小。

4.根据权利要求1所述的可调矩形窗图像缩放方法，其特征在于所述步骤4）中获取计算目标像素块时所需的源像素块的位置及其相应的像素值的方法是：以目标像素块所在的行、列位起始位置为顶点，构建一矩形窗，使其面积足够且至多覆盖到源图像上的四个像素块，则该四个源像素块就是计算目标像素所需的源像素，获取该四像素的坐标位置并记下其像素值。

5.根据权利要求4所述的可调矩形窗图像缩放方法，其特征在于所述步骤4）中求取所述的目标像素值的方法是：待求目标像素值由上述的四个源像素块的像素值及该四个像素块在上述的矩形窗中所占的面积覆盖率的乘积之和所确定。

6.根据权利要求1所述的可调矩形窗图像缩放方法，其特征在于所述步骤5）进一步获取待求的目标图像上的所有像素值的方法是：对输入图像，按照从左到右、从上到下的顺序，逐点、逐行地求出目标像素的像素值，直到遍历整幅图像的所有目标像素。

7.根据权利要求1所述的可调矩形窗图像缩放方法，其特征在于缩放过程中所取用的矩形窗的大小可以在一定范围内进行调节，根据不同的调节参数，使图像缩放效果可以为一般矩形窗缩放、双线性插值缩放、最近邻域插值缩放以及介于它们之间的任一种模式。

8.一种可调矩形窗图像缩放装置，应用于根据权利要求1所述的可调矩形窗图像缩放方法，包括一个输入接收模块（1），其特征在于：

a.所述输入接收模块（1），用于获取输入图像的信息，并将RGB数据及行列地址信息输出给一个输入FIFO缓冲模块（2）和一个参数计算与控制模块（7）；

所述输入FIFO缓冲模块（2），用于接收所述输入接收模块（1）输出的RGB数据及行列地址信息，并将其存储在FIFO中，供一个列预缩放模块（3）运行时调用；

b.所述列预缩放模块（3），用于从所述输入FIFO缓冲模块（2）接收RGB数据及行列地址信息，计算像素在水平方向上的列预缩放值，完成缩放的中间过程，并将预缩放后的RGB数据和行列地址信息输出给一个预缓存模块（4）；

所述预缓存模块（4），用于接收并缓存所述列预缩放模块（3）输出的列预缩放数据，供一个行缩放模块（5）运行时调。

c.所述行缩放模块（5），从所述预缓存模块（4）接收列预缩放之后的中间数据及行列地址信息，计算出像素在垂直方向上的行缩放值，完成缩放过程，并将最终的缩放结果输出给一个输出缓冲模块（6）；

所述输出缓冲模块（6），接收并缓存所述行缩放模块（5）处理后所得的最终缩放结果，并根据一个输出时序生成模块（8）给出的行列地址及同步信号，输出最终的RGB数据和同步信号到显示终端进行显示；

一个参数计算与控制模块（7），接收从所述输入接收模块（1）输出的行列地址信息，计算缩放装置所需的各项缩放参数，并将缩放参数输出给所述输出时序生成模块（8）；

所述输出时序生成模块（8），接收所述行缩放模块（5）输出的行列地址信息和参数计算与控制模块（7）输出的缩放参数，计算并生成目标图像的行列地址信息和相应的同步信号，将其输出给所述输出缓冲模块（6）。

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