CN102456223B - 图像细节增强与缩放装置,以及图像细节增强与缩放方法 - Google Patents

Abstract

一种图像细节增强与缩放装置，以及图像细节增强与缩放方法。上述装置接收一图像的N行像素的数据，包括图像细节增强器和缩放器。图像细节增强器调整上述N行像素中间的P行像素的亮度分量，以增强图像细节，其中N与P皆为正整数而且N大于P。缩放器耦接图像细节增强器，根据经过图像细节增强器增强细节的上述P行像素，以及其余未经过图像细节增强器增强细节的N-P行像素，对图像进行缩放。在上述缩放运算中，经过细节增强的上述P行像素的权重系数大于未经过细节增强的上述N-P行像素。

Description

图像细节增强与缩放装置,以及图像细节增强与缩放方法

技术领域

本发明是有关于一种图像细节增强与缩放装置，与其对应方法。且特别是有关于一种在图像缩放(scaling)之前即进行细节增强的图像细节增强与缩放装置，与其对应方法。 

背景技术

使用照相机或摄影机之类的电子装置拍摄的低分辨率视频图像，其清晰度大多不如人眼所见的实景。尤其是图像经过缩放之后，例如将图像由标清画面放大成高清画面之后，图像的边缘细节会更加模糊。 

为了让视频图像的边缘细节与人眼所见一致，视频图像的细节增强技术已经是不可或缺。图像的细节增强需要许多复杂运算，为了降低成本，细节增强演算法与其硬件的简化是始终存在的趋势。 

现有的视频图像播放装置通常是在图像进行缩放之后才进行细节增强，由于缩放器(scaler)的低通特性使得图像在缩放之后损失高频细节，增加了细节提取难度，当缩放倍数较大时，增强效果有限。 

发明内容

本发明提供一种图像细节增强与缩放装置，在缩放器之前即进行图像细节增强，可达到更佳的增强效果。 

本发明提供一种图像细节增强与缩放方法，可用相对简单的运算达到同样优异的细节增强效果。 

本发明提出一种图像细节增强与缩放装置，接收一图像的N行像素的数据，包括图像细节增强器和缩放器。图像细节增强器调整上述N行像素中间的P行像素的亮度分量，以增强图像细节，其中N与P皆为正整数而且N大于P。缩放器耦接图像细节增强器，根据经过图像细节增强器增强细节的上述P行像素，以及其余未 经过图像细节增强器增强细节的N-P行像素，对图像进行缩放。在上述缩放运算中，经过细节增强的上述P行像素的权重系数大于未经过细节增强的上述N-P行像素。 

在本发明的一实施例中，上述的图像细节增强器包括分析单元、高频单元、以及增强单元。分析单元根据上述P行像素其中一目前像素的运动标志、亮度分量、以及色差分量，将目前像素划分到多个区域其中之一，并输出目前像素所属区域所对应的区域增强系数。高频单元根据上述亮度分量提供目前像素的高频分量与高频增强系数。增强单元耦接分析单元与高频单元，根据上述的区域增强系数、高频分量、以及高频增强系数调整目前像素的亮度分量。 

在本发明的一实施例中，上述的分析单元包括图像区域划分器以及选择器。图像区域划分器根据上述色差分量是否位于一预设范围中以及目前像素是否为边缘像素，将目前像素划分到上述多个区域其中之一。选择器耦接于图像区域划分器与增强单元之间，若上述运动标志为使能状态(enabled)，则将目前像素划分到上述多个区域其中的运动区域，并且将运动区域所对应的区域增强系数输出至增强单元。若运动标志为禁能状态(disabled)，则根据图像区域划分器的划分结果，在运动区域以外的上述多个区域所对应的区域增强系数中，选出目前像素所属区域所对应的区域增强系数，并将目前像素所属区域所对应的区域增强系数输出至增强单元。 

在本发明的一实施例中，上述的图像区域划分器根据上述色差分量的比例，判断上述色差分量是否位于上述预设范围中。 

在本发明的另一实施例中，上述的图像区域划分器根据上述色差分量的比例与饱和度，判断上述色差分量是否位于上述预设范围中。 

在本发明的一实施例中，上述的图像区域划分器根据图像中的目前像素与多个邻近像素的亮度分量，判断目前像素是否为边缘像素。 

更详细的说，上述的多个邻近像素包括紧邻目前像素的一相邻像素。图像区域划分器以相邻像素做为第一窗口的一预设角落，以目前像素做为第二窗口的一预设角落，根据第一窗口其中所有像素的亮度分量计算第一平均值，根据第二窗口其中所有像素的亮度分量计算第二平均值，根据第二平均值计算伪方差值，然后根据第一平均值、第二平均值、以及伪方差值判断目前像素是否为边缘像素。 

在本发明的一实施例中，上述的第一窗口与第二窗口的大小皆为2x2个像素。 

在本发明的一实施例中，上述的高频单元包括分量产生器与系数产生器。分量产生器耦接增强单元，根据图像中的目前像素与多个邻近像素的亮度分量计算上述高频分量，并将高频分量提供至增强单元。系数产生器耦接于分量产生器与增强单元之间，以计算或查表方式，根据高频分量提供高频增强系数至增强单元，其中高频增强系数与高频分量成反比。若以查表方式，则高频增强系数的大小取决于以高频分量为输入的查表曲线。 

在本发明的一实施例中，上述的增强单元包括两个乘法器与一加法器。其中，第一乘法器耦接分析单元与高频单元，将区域增强系数与高频分量相乘之后输出。第二乘法器耦接第一乘法器与高频单元，将第一乘法器的输出与高频增强系数相乘之后输出。加法器耦接第二乘法器，将目前像素的亮度分量与第二乘法器的输出相加之后输出。 

在本发明的一实施例中，上述的增强单元可以包括一限制器，此限制器耦接于第二乘法器与加法器之间。若第二乘法器的输出小于预设下限，则限制器将第二乘法器的输出设定为预设下限。若第二乘法器的输出大于预设上限，则限制器将第二乘法器的输出设定为预设上限。然后，限制器将经过上述设定的第二乘法器的输出提供至加法器。 

在本发明的一实施例中，上述的增强单元可以包括一除法器。此除法器耦接于第二乘法器与加法器之间，作用是将第二乘法器的输出除以一预设值，然后将除以预设值的第二乘法器的输出提供至加法器。上述预设值为二的整数次方。 

在本发明的另一实施例中，上述缩放器根据图像中经过细节增强的多个像素以及未经过细节增强的多个原始像素，对图像进行缩放。在上述缩放运算中，经过细节增强的上述多个像素的权重系数大于未经过细节增强的上述多个原始像素。 

本发明另提出一种对应上述图像细节增强与缩放装置的图像细节增强与缩放方法，包括下列步骤：接收一图像的N行像素的数据。调整上述N行像素中间的P行像素的亮度分量，以增强图像细节，其中N与P皆为正整数而且N大于P。根据经过上述细节增强的上述P行像素以及其余未经过上述细节增强的N-P行像素，对上述图像进行缩放。在上述缩放运算中，经过细节增强的上述P行像素的权重系数大于未经过细节增强的上述N-P行像素。 

在本发明的一实施例中，调整亮度分量以增强图像细节的步骤包括：根据上 述P行像素其中一目前像素的运动标志、亮度分量、以及色差分量，将目前像素划分到多个区域其中之一，输出目前像素所属区域所对应的区域增强系数。根据上述亮度分量提供目前像素的高频分量与高频增强系数。根据上述的区域增强系数、高频分量、以及高频增强系数调整目前像素的亮度分量。 

在本发明的一实施例中，将目前像素划分到上述多个区域其中之一并输出区域增强系数的步骤包括：若运动标志为使能状态，则将目前像素划分到上述多个区域其中的运动区域，并输出运动区域所对应的区域增强系数。若运动标志为禁能状态，则根据上述色差分量是否位于一预设范围中以及目前像素是否为边缘像素，将目前像素划分到运动区域以外的上述多个区域其中之一，在运动区域以外的上述多个区域所对应的区域增强系数中，选出目前像素所属区域所对应的区域增强系数，并输出目前像素所属区域所对应的区域增强系数。 

基于上述，本发明使用简单的运算实现了图像细节的提取，以低成本提高了图像分辨率。本发明在缩放之前即进行细节增强，有利于减少由于缩放器的低通特性造成的高频细节损失。此外，本发明将图像区分为不同区域，各采用不同的区域增强系数，有利于对人眼感兴趣的区域进行增强，也能有效减弱细节增强所引入的不良效应。 

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。 

附图说明

图1是一种传统的视频图像播放装置的示意图。 

图2与图3是依照本发明一实施例的视频图像播放装置的示意图。 

图4是依照本发明另一实施例的一种视频图像播放装置的示意图。 

图5是依照本发明一实施例的一种图像细节增强器的示意图。 

图6与图7是依照本发明一实施例的一种图像细节增强方法的流程图。 

图8与图9是图7流程中肤色范围判断的示意图。 

图10是图7流程中边缘像素判断的示意图。 

图11是图7流程中边缘像素判断的流程图。 

图12是依照本发明一实施例的一个高频分量计算范例。 

图13是依照本发明一实施例的一个高频增强系数范例。 

【主要元件符号说明】 

-1、8：计算高频分量的权重系数 

1～6：像素 

100：图像细节增强器 

111：输入资料 

112：运动标志 

113：输出资料 

120：分析单元 

121：图像区域划分器 

122：选择器 

140：高频单元 

141：分量产生器 

142：系数产生器 

160：增强单元 

161、162：乘法器 

163：除法器 

164：限制器 

165：加法器 

210～270、310～390：流程步骤 

600：图像 

710～740：流程步骤 

1010：解交错器 

1020：缩放器 

1050：图像细节增强与缩放装置 

1210、1310：解交错器输出的原始像素数据 

1350：图像细节增强与缩放装置 

Cb、Cr：像素的色差分量 

R1、R2、S1、S2：预设参数 

具体实施方式

图1绘示一种传统的视频图像播放装置的部分电路，其中包括解交错器1010和缩放器1020。图1的视频图像播放装置可以是电视机或网络多媒体播放器之类的装置。解交错器1010将视频信号的奇数场(odd field)和偶数场(even field)合为一帧(frame)。缩放器1020对每一帧的图像进行缩放，将视频信号源的各种不同分辨率统一为视频图像播放装置的固定分辨率。缩放器1020采用8x4端口(taps)的滤波器(filter)进行缩放运算，所以需要4行的数据源输入，如图1的四个箭头所示。 

图2则绘示依据本发明一实施例的一种视频图像播放装置的部分电路，其中包括解交错器1010和图像细节增强与缩放装置1050，图像细节增强与缩放装置1050包括图像细节增强细100与缩放器1020。图像细节增强器100自解交错器1010接收图像的原始像素，调整原始像素的亮度分量，以增强图像细节。缩放器1020耦接图像细节增强器100，根据上述图像中经过图像细节增强器100增强细节的多个像素对上述图像进行缩放。 

图2的图像细节增强器100在缩放器1020之前进行细节增强，这样才能取得较佳的增强效果。不过按照图2的架构实现有一个问题，如图3所示，需要六行来自解交错器1010的原始像素数据1210。因为图像细节增强器100必须一次提供四行经过细节增强的像素给缩放器1020，而且本实施例的细节增强需要计算每个原始像素的高频分量，如图12所示，每一个像素的高频分量都需要以该像素为中心的3x3窗口才能计算(细节后述)。所以要计算四行像素的高频分量，必须在上下各增加一行像素，也就是需要六行自解交错器1010得到的原始像素数据1210。 

为解决这个问题，要求图2的解交错器1010同时输出六行数据，如图3所示。其中第一行经过细节增强的像素是使用来自解交错器1010的六行数据1210其中的第一行至第三行原始像素而计算产生，第二行经过细节增强的像素是使用来自解交错器1010的六行数据1210其中的第二行至第四行原始像素而计算产生，第三行经过细节增强的像素是使用来自解交错器1010的六行数据1210其中的第三行至第五行原始像素而计算产生，第四行经过细节增强的像素是使用来自解交错器1010的六行数据1210其中的第四行至第六行原始像素而计算产生。 

一般而言，如果缩放器1020需要同时输入N行像素，而且计算高频分量使用的像素窗口在垂直方向的高度为M行像素，则解交错器1010必须同时输出M+N-1行原始像素。图像细节增强器100根据M+N-1行原始像素产生N行经过细节增强的像素，缩放器1020根据这N行经过细节增强的像素进行图像缩放。 

为了降低视频图像播放装置的成本，可以减少解交错器1010同时输出的数据行数，如图4的实施例所示。图4的图像细节增强与缩放装置1350包括图像细节增强器100与缩放器1020，其中缩放器1020仍然需要同时需入四行像素，不过最上方和最下方两行直接使用来自解交错器1010的原始像素1310，只有中间两行使用经过图像细节增强器100进行增强的像素。在缩放器1020的缩放运算中，中间两行经过细节增强的像素的权重系数大于上下两行未经过细节增强的原始像素。这样只需要解交错器1010同时输出四行数据1310即可，不需要解交错器1010同时输出六行像素，可以降低硬件成本。虽然成本较低，图4的图像细节增强与缩放装置1350仍然可达成明显的细节增强效果。 

一般而言，如果缩放器1020需要同时输入的像素中只需要P行经过图像细节增强器100增强细节的像素，其余直接采用未经过细节增强的原始像素，而且计算高频分量使用的像素窗口在垂直方向的高度为M行像素，则只要解交错器1010能同时输出M+P-1行原始像素即可，其中M与P皆为正整数。如果将中间P行经过细节增强的像素的权重系数设定为大于其余未经过细节增强的原始像素，可以得到较佳的画质。 

图5是依照本发明一实施例的图像细节增强器100的示意图。图像细节增强器100接收需要细节增强的图像像素111以及上述像素的运动标志112，输出经过细节增强的像素113。本实施例的图像使用YCbCr色彩空间，所以每个像素都有亮度分量Y和色差分量Cb、Cr。在本发明的其他实施例中，图像可以使用其他类似的色彩空间。 

图6是图4的图像细节增强与缩放装置1350所执行的图像细节增强与缩放方法的流程图。图像细节增强与缩放装置1350会对上述的中间P行像素其中每一个像素逐一执行图6的方法流程，以下将图像细节增强与缩放装置1350正在处理的像素称为目前像素。 

如图5所示，图像细节增强器100包括分析单元120、高频单元140、以及耦 接上述两个单元的增强单元160。以下配合图4与图5说明图6流程。首先，图像细节增强与缩放装置1350自解交错器1010接收四行原始像素数据1310(步骤210)。缩放器1020直接接收四行数据1310其中上下两行未经过细节增强的原始像素(步骤220)，图像细节增强器100则将四行原始像素数据1310全部接收。 

图像细节增强器100之中，分析单元120根据目前像素的运动标志112、亮度分量Y、以及色差分量Cb、Cr，将目前像素划分到多个预设的区域其中之一，并输出目前像素所属区域所对应的区域增强系数(步骤230)。本实施例有五个预设区域，也就是运动区域、眼睛区域、皮肤区域、边缘区域、以及平滑区域。上述的区域划分就是区分目前像素的种类，不同区域对应不同的区域增强系数。另一方面，高频单元140根据亮度分量Y提供目前像素的高频分量(步骤240)，根据高频分量提供高频增强系数(步骤250)。接下来，增强单元160根据上述的区域增强系数、高频分量、以及高频增强系数调整目前像素的亮度分量Y，以达到增强图像细节的目标(步骤260)。接着缩放器1020根据上下两行未经过图像细节增强器100增强细节的原始像素，以及中间两行经过图像细节增强器100增强细节的像素，进行图像缩放(步骤270)。 

分析单元120包括图像区域划分器121和选择器122，选择器122耦接于图像区域划分器121与增强单元160的乘法器161之间。图像区域划分器121根据色差分量Cb、Cr是否位于预设的肤色范围中以及目前像素是否为边缘像素，将目前像素划分到上述区域其中之一。选择器122选择并输出目前像素所属区域所对应的区域增强系数。 

图7绘示分析单元120执行步骤210的较详细流程。首先，选择器122判断目前像素的运动标志112是否为使能状态(步骤310)。本实施例的运动标志112的值可以是0或1，可将0与1其中一个定义为使能状态，另一个定义为禁能状态。如果运动标志112为使能状态，则选择器122将目前像素划分到运动区域，并且将运动区域所对应的区域增强系数输出至增强单元160(步骤320)。运动标志112可来自提供目前像素的视频解码器(video decoder)。运动标志112可由视频解码器根据目前像素所对应的运动向量(motion vector)而决定，例如视频解码器可在运动向量的大小大于预设的阈值时将运动标志112设定为使能状态，在运动向量小于阈值时将运动标志112设定为禁能状态。 

如果运动标志112为禁能状态，则图像区域划分器121判断目前像素的色差分量Cb、Cr是否在预设的肤色范围中(步骤330，细节后述)，接着判断目前像素是否为边缘像素(步骤340与370，细节后述)。如果目前像素在肤色范围中而且是边缘像素，则图像区域划分器121将目前像素划分到眼睛区域(步骤350)。如果目前像素在肤色范围中而且不是边缘像素，则图像区域划分器121将目前像素划分到皮肤区域(步骤360)。如果目前像素不在肤色范围中而且是边缘像素，则图像区域划分器121将目前像素划分到边缘区域(步骤380)。如果目前像素不在肤色范围中而且不是边缘像素，则图像区域划分器121将目前像素划分到平滑区域(步骤390)。在步骤350、360、380以及390之中，选择器122都会根据图像区域划分器121的划分结果，在运动区域以外的各区域对应的多个区域增强系数中，选出目前像素所属区域所对应的区域增强系数，并且将目前像素所属区域所对应的区域增强系数输出至增强单元160。 

图8与图9是图像区域划分器121在步骤330之中判断目前像素的色差分量Cb、Cr是否在肤色范围中的示意图。图8与图9将Cb、Cr视为二维空间的两坐标轴。图8是比较简单的判断方式，图像区域划分器121根据色差分量Cb与Cr的比例判断Cb、Cr是否位于肤色范围中。更详细的说，只要Cb与Cr符合下列的公式(1)，图像区域划分器121就认定Cb与Cr位于肤色范围中。 

S1＞Cr/Cb＞S2..............................................(1) 

Cr/Cb相当于图8的二维空间的直线斜率，图8的肤色范围就是线段S1与S2之间的斜线区域。S1与S2是预设参数。 

图9是比较复杂的判断方式，图像区域划分器121根据色差分量Cb、Cr的比例与饱和度，判断Cb与Cr是否位于肤色范围中。如果Cb与Cr符合上述的公式(1)以及下列的公式(2)、(3)，图像区域划分器121则认定Cb与Cr位于肤色范围中。 

R1＞SQU＞R2..............................................(2) 

SQU＝(Cb²+Cr²)^1/2........................................(3) 

SQU就是Cb与Cr的饱和度，相当于图9的二维空间中，坐标点和原点之间的距离。因此，图9的肤色范围就是线段S1、S2以及圆弧R1、R2之间的斜线区域。R1与R2也是预设参数。 

比较图8和图9的判断方式，图8的简易方式不必计算饱和度SQU，省略了 平方和开方运算，可以简化硬件设计，从而降低成本。图9的方式虽然成本较高，但可以做出更精准的判断，提高细节增强的效果。 

图10是图像区域划分器121在步骤340和370判断目前像素是否为边缘像素的示意图，图11则绘示图像区域划分器121在步骤340和370判断目前像素是否为边缘像素的较详细流程。图10的图像600其中，每一个方格表示一个像素，像素6为本实施例的目前像素，像素1～5为目前像素6的邻近像素。邻近像素1～5其中，像素5是在左方紧邻目前像素6的相邻像素。图像区域划分器121根据两个2x2的像素窗口进行判断所需的计算。图像区域划分器121以相邻像素5做为第一窗口的右下角落，以目前像素6做为第二窗口的右下角落。也就是说，第一窗口由像素1、2、4、5组成，第二窗口由像素2、3、5、6组成。 

以下说明图11流程。图像区域划分器121分别使用下列的公式(4)、(5)计算第一平均值AVE1(步骤710)以及第二平均值AVE2(步骤720)。 

AVE1＝(Y1+Y2+Y4+Y5)/4..................(4) 

AVE2＝(Y2+Y3+Y5+Y6)/4..................(5) 

公式(4)、(5)其中的Y1～Y5分别是邻近像素1～5的亮度分量，Y6是目前像素6的亮度分量。 

接下来，图像区域划分器121使用下列的公式(6)，根据第二平均值AVE2计算第二窗口的伪方差值VIA(步骤730)。 

VIA＝(|Y2-AVE2|+|Y3-AVE2|+|Y5-AVE2|+|Y6-AVE2|)/4...............................................(6) 

公式(6)其中的| |符号表示取绝对值。 

接下来，图像区域划分器121使用下列的公式(7)判断目前像素是否为边缘像素(步骤740)。 

VIA＞UD/(|AVE2-AVE1|+1)..................(7) 

公式(7)其中的UD是图像细节增强器100的使用者预先定义的参数，如果公式(7)成立，则图像区域划分器121判定目前像素是边缘像素，否则判定目前像素不是边缘像素。 

本实施例的图像区域划分器121使用2x2的最小窗口是为了降低硬件成本，而且使用更大窗口对细节增强的效果不会有明显提升。不过，在本发明的其他实施 例中，图像区域划分器121仍然可以使用更大的像素窗口，公式(4)至(7)很容易就能修改为对应更大窗口。 

本实施例的相邻像素5是在左方紧邻目前像素6，本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，相邻像素5可以在其他方向紧邻目前像素6，例如在上方、下方或右方。 

本实施例的相邻像素5和目前像素6分别是第一窗口和第二窗口的右下角落，但是本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，相邻像素5和目前像素6可以分别是两个窗口的其他预设角落，例如右上角落、左上角落或左下角落。 

高频单元140包括分量产生器141以及系数产生器142。分量产生器141耦接增强单元160，根据图像中的目前像素与多个邻近像素的亮度分量计算高频分量，并且将高频分量提供至增强单元160。分量产生器141计算高频分量的方式是将目前像素和邻近像素的亮度分量乘上不同的权重系数然后相加，例如图12所示的权重系数。在图12的范例中，目前像素的权重系数为8，而周围八个邻近像素的权重系数为-1，分量产生器141使用下列的公式(8)计算高频分量HF。 

HF＝8*Y(i，j)-Y(i-1，j-1)-Y(i，j-1)-Y(i+1，j-1)-Y(i-1，j)-Y(i+1，j)-Y(i-1，j+1)-Y(i，j+1)-Y(i+1，j+1)............(8) 

公式(8)其中的Y(i，j)是目前像素的亮度分量，i、j是目前像素在图像中的坐标，其余八个Y( )是八个邻近像素的亮度分量。 

系数产生器142耦接于分量产生器141与增强单元160的乘法器162之间。系数产生器142使用下列的公式(9)计算高频增强系数COE，并提供高频增强系数COE至增强单元160。 

COE＝int(((A/(|HF|+1))+B)*C)...............(9) 

公式(9)其中的int( )表示取整数，也就是舍去小数部分，A、B、C都是预设参数。参数C通常是二的整数次方，通过调整参数C，可以使公式(9)的int( )其中的小数部分进入整数部分，增加后续计算的精准度。图13绘示依照公式(9)计算所得的高频增强系数与高频分量的对应关系，从图13以及公式(9)可以看出，高频增强系数与高频分量成反比。 

除了直接计算的方式以外，也可以依照公式(9)建立一个查找表储存在系数产生器142之中。系数产生器142可以将接收自分量产生器141的高频分量做为索引， 在查找表中读取对应的高频增强系数，然后将高频增强系数提供至增强单元160。在此情况下，公式(9)就是以高频分量为输入的查表曲线。 

增强单元160包括依序串列耦接的乘法器161、162、除法器163、限制器164、以及加法器165。乘法器161也耦接分析单元120的选择器122以及高频单元140的分量产生器141。乘法器162也耦接高频单元140的系数产生器142。乘法器161将来自选择器122的区域增强系数与来自分量产生器141的高频分量相乘之后输出。乘法器162将乘法器161的输出与来自系数产生器142的高频增强系数相乘之后输出。除法器163接收乘法器162的输出做为输入。除法器163将其输入除以一个预设值，然后输出其输入除以预设值之后的结果。上述预设值为二的整数次方，可用来抵消公式(9)其中的参数C。 

限制器164接收除法器163的输出做为输入。限制器164可将其输入限制在一个预设范围内，然后输出，以限制目前像素的细节增强程度，此预设范围由预设的下限和上限所限定。限制器164在其输入小于预设下限时，将其输入设定为预设下限，在其输入大于预设上限时，将其输入设定为预设上限，然后输出经过上述设定的输入值。如果输入值并未超出预设范围，则限制器164直接输出其输入。 

加法器165接收限制器164的输出以及目前像素111做为输入，将目前像素的亮度分量加上限制器164的输出之后，输出经过上述加法运算的目前像素，此输出就是经过细节增强的目前像素113。 

在本发明的其他实施例中，可以省略除法器163，在此情况下，限制器164接收乘法器162的输出做为其输入。 

在本发明的其他实施例中，可以省略限制器164，在此情况下，加法器165接收除法器163的输出以及目前像素111做为输入，将目前像素的亮度分量加上除法器163的输出之后，输出经过上述加法运算的目前像素。 

在本发明的其他实施例中，可以同时省略除法器163和限制器164，在此情况下，加法器165接收乘法器162的输出以及目前像素111做为输入，将目前像素的亮度分量加上乘法器162的输出之后，输出经过上述加法运算的目前像素。 

综上所述，本发明可应用在静态照片或动态视频。本发明将图像区分为不同区域，各采用不同的区域增强系数进行控制，有利于对人眼感兴趣的区域进行增强。本发明引入运动和肤色增强系数，有效减弱图像增强引入的不良效应。本发明引入 高频增强系数，其计算公式可自我适应图像内容，控制增强幅度。本发明在缩放器之前即进行图像增强，有利于减少由于缩放器的低通特性造成的高频细节损失。 

在成本方面，本发明使用简单的算子实现了细节提取，在判断边缘以及计算高频分量时使用较小的窗口，简化了提取细节过程。本发明在缩放器之前即进行细节增强。在提供给缩放器的像素数据中，本发明可以采用部分原始像素，藉此减少经过细节增强的像素数量，以减少解交错器同时输出的数据行数。总之，本发明能以低成本提高图像分辨率。 

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。 

Claims (24)

1.一种图像细节增强与缩放装置，接收一图像的N行像素的数据，包括：

一图像细节增强器，对上述N行像素中间的P行像素的亮度分量进行图像细节增强，其中N与P皆为正整数而且N大于P；以及

一缩放器，耦接该图像细节增强器，根据经过该图像细节增强器增强细节的上述P行像素，以及其余未经过该图像细节增强器增强细节的N-P行像素，对该图像进行缩放，在上述缩放运算中，经过细节增强的上述P行像素的权重系数大于未经过细节增强的上述N-P行像素。

2.如权利要求1所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，该图像细节增强器包括：

一分析单元，判断上述P行像素其中一目前像素的色差分量是否位于一预设范围中，根据该目前像素的亮度分量判断该目前像素是否为边缘像素，根据该目前像素的运动标志和上述判断将该目前像素划分到多个区域其中之一，输出该目前像素所属区域所对应的区域增强系数；

一高频单元，根据该亮度分量提供该目前像素的高频分量与高频增强系数；以及

一增强单元，耦接该分析单元与该高频单元，根据该区域增强系数、该高频分量、以及该高频增强系数对该目前像素的亮度分量进行图像细节增强。

3.如权利要求2所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，该分析单元包括：

一图像区域划分器，根据上述色差分量是否位于该预设范围中以及该目前像素是否为边缘像素，将该目前像素划分到上述多个区域其中之一；以及

一选择器，耦接于该图像区域划分器与该增强单元之间，若该运动标志为使能状态，则将该目前像素划分到上述多个区域其中的运动区域，并且将该运动区域所对应的区域增强系数输出至该增强单元，若该运动标志为禁能状态，则根据该图像区域划分器的划分结果，在该运动区域以外的上述多个区域所对应的区域增强系数中，选出该目前像素所属区域所对应的区域增强系数，并将该目前像素所属区域所对应的区域增强系数输出至该增强单元。

4.如权利要求3所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，该图像区域划分器根据上述色差分量的比例，判断上述色差分量是否位于该预设范围中。

5.如权利要求3所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，该图像区域划分器根据上述色差分量的比例与饱和度，判断上述色差分量是否位于该预设范围中。

6.如权利要求3所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，该图像区域划分器根据该图像中的该目前像素与多个邻近像素的亮度分量，判断该目前像素是否为边缘像素。

7.如权利要求6所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，上述多个邻近像素包括紧邻该目前像素的一相邻像素，该图像区域划分器以该相邻像素做为一第一窗口的一预设角落，以该目前像素做为一第二窗口的一预设角落，根据该第一窗口其中所有像素的亮度分量计算一第一平均值，根据该第二窗口其中所有像素的亮度分量计算一第二平均值，计算一伪方差值，若该伪方差值大于一第一数值则判断该目前像素为边缘像素，其中该伪方差值等于该第二窗口的每一像素的亮度分量和该第二平均值的差值的绝对值的平均值，该第一数值等于预先定义的参数除以一第二数值，该第二数值等于该第一平均值和该第二平均值的差值的绝对值加一。

8.如权利要求7所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，该第一窗口与该第二窗口的大小皆为2x2个像素。

9.如权利要求2所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，该高频单元包括：

一分量产生器，耦接该增强单元，根据该图像中的该目前像素与多个邻近像素的亮度分量计算该高频分量，并将该高频分量提供至该增强单元；以及

一系数产生器，耦接于该分量产生器与该增强单元之间，以计算或查表方式，根据该高频分量提供该高频增强系数至该增强单元，其中该高频增强系数与该高频分量成反比。

10.如权利要求2所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，该增强单元包括：

一第一乘法器，耦接该分析单元与该高频单元，将该区域增强系数与该高频分量相乘之后输出；

一第二乘法器，耦接该第一乘法器与该高频单元，将该第一乘法器的输出与该高频增强系数相乘之后输出；以及

一加法器，耦接该第二乘法器，将该目前像素的亮度分量与该第二乘法器的输出相加之后输出至该缩放器。

11.如权利要求10所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，该增强单元更包括：

一限制器，耦接于该第二乘法器与该加法器之间，若该第二乘法器的输出小于一预设下限，则将该第二乘法器的输出设定为该预设下限，若该第二乘法器的输出大于一预设上限，则将该第二乘法器的输出设定为该预设上限，然后将经过上述设定的该第二乘法器的输出提供至该加法器。

12.如权利要求10所述的图像细节增强与缩放装置，其特征在于，该增强单元更包括：

一除法器，耦接于该第二乘法器与该加法器之间，将该第二乘法器的输出除以一预设值，然后将除以该预设值的该第二乘法器的输出提供至该加法器，其中该预设值为二的整数次方。

13.一种图像细节增强与缩放方法，包括：

接收一图像的N行像素的数据；

对上述N行像素中间的P行像素的亮度分量进行图像细节增强，其中N与P皆为正整数而且N大于P；以及

根据经过上述细节增强的上述P行像素以及其余未经过上述细节增强的N-P行像素，对该图像进行缩放；在上述缩放运算中，经过细节增强的上述P行像素的权重系数大于未经过细节增强的上述N-P行像素。

14.如权利要求13所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，对该亮度分量进行图像细节增强的步骤包括：

判断上述P行像素其中一目前像素的色差分量是否位于一预设范围中，根据该目前像素的亮度分量判断该目前像素是否为边缘像素，根据该目前像素的运动标志和上述判断将该目前像素划分到多个区域其中之一，输出该目前像素所属区域所对应的区域增强系数；

根据该亮度分量提供该目前像素的高频分量与高频增强系数；以及

根据该区域增强系数、该高频分量、以及该高频增强系数对该目前像素的亮度分量进行图像细节增强。

15.如权利要求14所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，将该目前像素划分到上述多个区域其中之一并输出该区域增强系数的步骤包括：

若该运动标志为使能状态，则将该目前像素划分到上述多个区域其中的运动区域，并输出该运动区域所对应的区域增强系数；以及

若该运动标志为禁能状态，则根据上述色差分量是否位于该预设范围中以及该目前像素是否为边缘像素，将该目前像素划分到该运动区域以外的上述多个区域其中之一，在该运动区域以外的上述多个区域所对应的区域增强系数中，选出该目前像素所属区域所对应的区域增强系数，并输出该目前像素所属区域所对应的区域增强系数。

16.如权利要求15所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，更包括：

根据上述色差分量的比例，判断上述色差分量是否位于该预设范围中。

17.如权利要求15所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，更包括：

根据上述色差分量的比例与饱和度，判断上述色差分量是否位于该预设范围中。

18.如权利要求15所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，更包括：

根据该图像中的该目前像素与多个邻近像素的亮度分量，判断该目前像素是否为边缘像素。

19.如权利要求18所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，上述多个邻近像素包括紧邻该目前像素的一相邻像素，而且判断该目前像素是否为边缘像素的步骤包括：

以该相邻像素做为一第一窗口的一预设角落；

以该目前像素做为一第二窗口的一预设角落；

根据该第一窗口其中所有像素的亮度分量计算一第一平均值；

根据该第二窗口其中所有像素的亮度分量计算一第二平均值；

计算一伪方差值，其中该伪方差值等于该第二窗口的每一像素的亮度分量和该第二平均值的差值的绝对值的平均值；以及

若该伪方差值大于一第一数值，则判断该目前像素为边缘像素，其中该第一数值等于预先定义的参数除以一第二数值，该第二数值等于该第一平均值和该第二平均值的差值的绝对值加一。

20.如权利要求19所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，该第一窗口与该第二窗口的大小皆为2x2个像素。

21.如权利要求14所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，根据该亮度分量提供该高频分量与该高频增强系数的步骤包括：

根据该图像中的该目前像素与多个邻近像素的亮度分量计算该高频分量；以及

以计算或查表方式，根据该高频分量提供该高频增强系数，其中该高频增强系数与该高频分量成反比。

22.如权利要求14所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，对该亮度分量进行图像细节增强的步骤更包括：

将该区域增强系数、该高频分量、以及该高频增强系数相乘；以及

将该目前像素的亮度分量加上以上三者相乘结果。

23.如权利要求14所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，对该亮度分量进行图像细节增强的步骤更包括：

将该区域增强系数、该高频分量、以及该高频增强系数相乘；

若以上三者相乘结果小于一预设下限，则将以上三者相乘结果设定为该预设下限；

若以上三者相乘结果大于一预设上限，则将以上三者相乘结果设定为该预设上限；以及

该目前像素的亮度分量加上经过上述设定的以上三者相乘结果。

24.如权利要求14所述的图像细节增强与缩放方法，其特征在于，对该亮度分量进行图像细节增强的步骤更包括：

将该区域增强系数、该高频分量、以及该高频增强系数相乘，然后除以一预设值；以及

将该目前像素的亮度分量加上以上三者相乘然后除以该预设值的结果，其中该预设值为二的整数次方。

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