CN103916649A

CN103916649A - 一种图像处理方法和装置、系统

Info

Publication number: CN103916649A
Application number: CN201210594470.6A
Authority: CN
Inventors: 朱洪波; 彭晓峰; 林福辉; 常广鸣; 陈敏杰; 张乐; 牛海军
Original assignee: Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Current assignee: Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103916649B

Abstract

本发明公开一种图像处理方法和装置、系统。所述方法包括：获取图像的缩放配置参数和色度重采样配置参数；基于所述图像的缩放配置参数生成亮度信号滤波器；基于所述图像的色度重采样配置参数生成色度信号滤波器；利用所述亮度信号滤波器对输入图像的亮度信号进行滤波，利用所述色度信号滤波器对输入图像的色度信号进行滤波，以获得输出图像。本发明技术方案在图像处理过程中通过滤波器组将图像缩放和色度重采样过程同时进行处理，降低系统复杂度、简化硬件、降低功耗，提高输出图像质量。

Description

一种图像处理方法和装置、系统

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别涉及一种图像处理方法和装置、系统。

背景技术

随着计算机技术的发展，图像处理技术已经得到了很广泛的应用。为了对成像传感器获取到的图像进行显示、编码或者其它的处理，图像常常会被先转换到YUV等亮色分离的色彩空间，然后对图像进行适当的缩放和色度压缩，以适应显示器、编码器或其它处理装置的需要。所述YUV色彩空间是图像处理中广泛使用的一种颜色编码方式，YUV色彩空间的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。

图像缩放作为一种基本的图像处理技术，在实际应用中具有重要的作用。图像缩放可以看成图像的重采样过程，图像缩放将一种分辨率的图像通过重采样生成另外一种分辨率的图像，所以图像缩放和图像重采样是互为依存的图像处理技术。

图像缩放技术确定经过缩放后的图像与原图像之间的关系，需要相应的数学方法及算法来实现。图像缩放常采用的方法有邻近点法、双线性插值、双立方插值等方法，也有采用有限长单位冲激响应（FIR，Finite ImpulseResponse）滤波器重采样方法。色度重采样常用的方法包括上述图像缩放常用的方法以及例如三次卷积法内插等许多其它的算法。

一般在图像处理系统中既需要图像缩放，又需要色度重采样时，现有技术采用图像缩放和色度重采样过程分离的处理方式，为了降低功耗和硬件成本，经常会采用简单的方式进行采样的过程，例如在色度降采样的过程中会采用直接抽取采样点的方式进行降采样过程。

上述现有技术的方法中存在的不足之处在于：现有方法采用图像缩放和色度重采样分离的处理方式，这种方式会使得系统的结构庞大、功耗大、处理时间长；在色度重采样过程中为降低系统复杂度、硬件成本等采用的常用简单采用方法会导致采样图像信号的混叠，使图像产生锯齿现象。

相关现有技术还可参考公开号为US2012154829(A1)的美国专利申请，该专利申请公开了一种图像缩放处理的方法和系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种图像处理方法和装置，可以减少系统功耗、降低处理时间和系统复杂度。

本发明实施方式提供如下技术方案：

一种图像处理方法，包括：

获取图像的缩放配置参数和色度重采样配置参数；基于所述图像的缩放配置参数生成亮度信号滤波器；基于所述图像的色度重采样配置参数生成色度信号滤波器；利用所述亮度信号滤波器对输入图像的亮度信号Y进行滤波，利用所述色度信号滤波器对输入图像的色度信号U、V进行滤波，以获得输出图像。

具体地，所述获取图像的缩放配置参数和色度重采样配置参数包括：

根据输入图像的形状和输出图像的形状确定图像的缩放配置参数；根据输入图像和输出图像的格式确定色度重采样率；根据所述色度重采样率和图像缩放配置参数确定色度重采样配置参数。

具体地，所述基于所述图像的缩放配置参数生成亮度信号滤波器包括：生成亮度水平方向滤波器和生成亮度垂直方向滤波器。

具体地，所述基于图像的色度重采样配置参数生成色度信号滤波器包括生成色度水平方向滤波器和生成色度垂直方向滤波器。

具体地，所述亮度信号滤波器和色度信号滤波器为FIR滤波器。

本发明实施方式还提供一种图像处理装置，包括：

第一单元，用于获取图像的缩放配置参数和色度重采样配置参数；第二单元，用于基于所述图像的缩放配置参数生成亮度信号滤波器；所述亮度信号滤波器用于对输入图像的亮度信号进行滤波；第三单元，用于基于所述图像的色度重采样配置参数生成色度信号滤波器；所述色度信号滤波器用于对输入图像的色度信号进行滤波。

具体地，所述第一单元还包括：

第一获得单元，用于根据输入图像的形状和输出图像的形状确定图像的缩放配置参数；第二获得单元，用于根据输入图像和输出图像的格式确定色度重采样率；第三获得单元，根据所述色度重采样率和缩放配置参数确定色度重采样配置参数。

具体地，所述第二单元生成的所述亮度信号滤波器包括亮度水平方向滤波器和亮度垂直方向滤波器。

具体地，所述第三单元生成的所述色度信号滤波器包括色度水平方向滤波器和色度垂直方向滤波器。

本发明实施方式还提供一种图像处理系统，包括：

所述图像处理系统包括上述的图像处理装置和由所述图像处理装置生成的亮度信号滤波器和色度信号滤波器。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：

第一，本发明技术方案提出的图像处理方法将图像缩放和色度重采样过程同时进行处理，降低系统复杂度、简化硬件、降低系统功耗；第二，通过采用滤波器对色度分量进行采样，在不增加系统复杂度的情况下，提高输出图像质量。

附图说明

图1使用滤波器组完成YUV图像的缩放和色度重采样的系统示意图；

图2是本发明实施例提供的图像处理方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的图像处理装置的一种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

本领域的技术人员理解，成像传感器获取到原始图像后，为了便于对所述获取到的图像进行处理，会将原始图像转换到亮色分离的色彩空间。所述转换到亮色分离的色彩空间的方法可以采用本领域技术人员所熟知的多种方法进行转换，在此不作赘述。

所述亮色分离的色彩空间是指亮度信号和色度信号分离的色彩空间，可以是YUV、YIQ、YCrCb等亮度和色度信号分离的色彩空间，在此不作限定。

在本发明实施方式的技术方案中，通过获取图像的相关参数生成相应的滤波器组，使用所述滤波器组对图像的亮度和色度信号进行滤波，同时完成图像的缩放和色度重采样的过程。

所述滤波器组包括亮度信号滤波器组和色度信号滤波器组。所述亮度信号滤波器组用于对输入图像的亮度信号进行滤波；所述色度信号滤波器组用于对输入图像的色度信号进行滤波。

所述亮色分离的色彩空间采用YUV色彩空间。

原始图像被转换到YUV色彩空间后，可以对图像进行适当的缩放和色度重采样，以生成目标YUV图像。

不同格式的YUV图像具有不同的取样方式,常见的取样格式有YUV4:4:4、YUV4:2:2、YUV4:2:0和YUV4:1:1等。不同格式的YUV图像之间的转换过程就是色度重采样的过程。所述色度重采样包括色度降采样和色度升采样。例如，YUV图像从格式YUV4:4:4转换为格式YUV4:2:2、从格式YUV4:4:4转换为格式YUV4:2:0以及从格式YUV4:2:2转换为格式YUV4:2:0的过程是色度降采样过程；YUV图像从格式YUV4:2:2转换为格式YUV4:4:4、从格式YUV4:2:0转换为格式YUV4:4:4以及从格式YUV4:2:0转换为格式YUV4:2:2的过程为色度升采样过程。

图1是使用滤波器组完成YUV图像的缩放和色度重采样的系统示意图。如图1所示，图像处理系统100中，输入YUV图像单元110输入需要进行格式转换的原始图片，使用滤波器组130进行滤波，滤波后生成目标输出图像，由输出YUV图像单元140输出所述目标输出图像。

所述滤波器组130是根据相关参数配置单元120获得的参数信息生成的相应的滤波器组。

所述相关参数配置单元120获得的参数信息包括输入图像和输出图像的高度和宽度以及具体的YUV图像转换的格式信息，由所述参数信息得到缩放配置参数和色度重采样配置参数。

由所述缩放配置参数和色度重采样配置参数生成相应的滤波器组130。所述滤波器组130包括Y信号滤波器组以及UV信号滤波器组（图未示）。

由所述滤波器组130对所述YUV图像的亮度分量和色度分量进行滤波，得到目标输出图像。

与现有技术相比，本发明的具体实施方式具有以下有益效果：

本发明技术方案提出的图像处理方法通过将图像缩放和色度重采样过程由相应滤波器组同时进行处理，降低系统复杂度、简化硬件、降低系统功耗；通过采用滤波器对色度分量进行采样，提高输出图像质量。

图2是本发明实施例提供的图像处理方法的流程示意图，包括以下步骤：

步骤S210，获取图像的缩放配置参数和色度重采样配置参数。

在本实施例中，所述图像为YUV色彩空间图像。具体地，所述图像还可以是YIQ、YCrCb等色度和亮度分离的色彩空间图像，在此不作太多限定。

所述图像的缩放配置参数可以由输入图像的形状和输出图像的形状确定。

所述缩放配置参数包括:YUV色彩空间的亮度信号Y的水平变换比例r1和亮度信号Y的垂直变换比例r2。

具体地，由输入图像的宽度i_w和高度i_h以及输出图像的宽度o_w和高度o_h计算图像缩放配置参数。

具体地，所述YUV色彩空间的亮度信号Y的水平变换比例r1为o_w/i_w；所述亮度信号Y的垂直变换比例r2为o_h/i_h。

所述色度重采样配置参数可以由色度重采样率和所述缩放配置参数确定。所述色度重采样率可以由输入图像和输出图像的具体格式确定。

所述色度采样率包括色度水平重采样率hor和色度垂直重采样率ver。具体地，所述色度水平重采样率hor和色度垂直重采样率ver的默认值为1。

由输入图像和输出图像的转换格式确定是否需要进行色度水平重采样和色度垂直重采样，由所述图像转换格式确定所述色度水平重采样率hor和色度垂直重采样率ver的值。

具体地，图像从格式YUV4:4:4转换为格式YUV4:2:2、从格式YUV4:4:4转换为格式YUV4:2:0时需要进行色度水平降采样，所述色度水平重采样率hor的值为1/2；图像从格式YUV4:2:2转换为格式YUV4:2:0、从格式YUV4:4:4转换为格式YUV4:2:0时需要进行色度垂直降采样，所述色度垂直重采样率ver的值为1/2；图像从格式YUV4:2:2转换为格式YUV4:4:4、从格式YUV4:2:0转换为格式YUV4:4:4时需要进行色度水平上采样，所述色度水平重采样率hor的值为2；图像从格式YUV4:2:0转换为格式YUV4:2:2、从格式YUV4:2:0转换为格式YUV4:4:4时需要进行色度垂直上采样，所述色度垂直重采样率ver的值为2。

输入图像和输出图像之间可以进行多种格式间的转换，可以由具体的图像之间的转换格式确定色度采样率。图像格式的转换及相关色度水平、垂直重采样率的取值不限于上述的内容。

所述色度重采样配置参数可以由所述色度重采样率和所述缩放配置参数计算获得。

所述色度重采样配置参数包括:YUV色彩空间的色度信号U、V的水平变换比例r3和色度信号U、V的垂直变换比例r4。

具体地，所述YUV色彩空间的色度信号U、V的水平变换比例r3的值为o_w/i_w，所述色度信号U、V的垂直变换比例r4的值为o_h/i_h。其中i_w为输入图像的宽度、o_w为输出图像的宽度、i_h为输入图像的高度、o_h为输出图像的高度。

如果输入图像和输出图像格式转换过程中有水平重采样过程，则r3的值为所述色度水平重采样率hor与o_w/i_w的乘积；如果输入图像和输出图像格式转换过程中有垂直重采样过程，则r4的值为所述色度垂直重采样率ver与o_h/i_h的乘积。

步骤S220，基于所述图像的缩放配置参数生成亮度信号滤波器。

在本发明的实施例中，由步骤S110中得到所述图像的缩放配置参数，生成YUV色彩空间的亮度信号Y信号滤波器。

所述Y信号滤波器包括：Y水平方向滤波器和Y垂直方向滤波器。

具体地，由所述YUV色彩空间的亮度信号Y的水平变换比例r1可以生成亮度信号Y水平方向滤波器。

所述亮度信号Y信号滤波器的生成可以采用本领域技术人员知晓的多种方法生成所述滤波器，在此不作太多限定。

具体地，在本实施例中采用FIR滤波器。

FIR数字滤波器在数字信号处理中占有非常重要的地位，在现代电子系统中，FIR数字滤波器以其良好的线性特性被广泛使用。FIR数字滤波器传统的设计方法有窗函数法、频率抽样法和等波纹逼近法等。用窗函数设计FIR数字滤波器就是用有限长的脉冲相应逼近序列。其基本设计思想为，首先选定一个理想的选频滤波器，然后截取它的脉冲响应得到线性相位。

窗函数法是一种设计FIR数字滤波器的简单的方法，它在设计FIR数字滤波器中有很重要的作用。正确地选择窗函数可以提高设计数字滤波器的性能，或者在满足设计要求的情况下，减小FIR数字滤波器的阶次。常用的窗函数有以下几种：矩形窗、三角窗、汉宁窗、汉明窗、布拉克曼窗、切比雪夫窗、巴特里特窗及凯塞窗。

在本发明的实施例中，采用汉明窗法设计一个FIR滤波器。所述FIR滤波器的生成过程包括：依据所述亮度Y的水平变换比例r1，生成一个长度为64的数据序列，在所述长度为64的数据序列上加一个汉明窗，将所述数据序列抽取分成八个数据序列子序列。由上述过程可以生成一个8-tap，8-phase的FIR滤波器。

所述YUV色彩空间的亮度信号Y垂直方向滤波器可以根据YUV色彩空间的亮度信号Y的垂直变换比例r2，采用和上述生成Y水平方向FIR滤波器相同的方法生成。

所述Y信号滤波器生成的方法可以采用本领域技术人员所熟知的多种方法进行，在此不作具体限定。

步骤S230，基于所述图像的色度重采样配置参数生成色度信号滤波器。

在本发明的实施例中，所述基于图像的色度重采样配置参数生成UV信号滤波器包括生成UV水平方向滤波器和生成UV垂直方向滤波器。

具体地，可以由YUV色彩空间的色度信号U、V的水平变换比例r3和色度信号U、V的垂直变换比例r4采用本领域技术人员所熟知的多种方法生成UV水平方向滤波器和UV垂直方向滤波器。

步骤S240，利用所述亮度信号滤波器对输入图像的亮度信号Y信号进行滤波，利用所述色度信号滤波器对输入图像的色度信号U、V进行滤波，以获得输出图像。

在本发明的实施例中，使用步骤S220和步骤S230中所述的Y信号滤波器和UV信号滤波器对输入图像进行水平方向和垂直方向的滤波。

具体地，可以使用Y水平方向滤波器在水平方向上对所述YUV图像的亮度分量Y进行滤波；使用Y垂直方向滤波器在垂直方向上对亮度分量Y进行滤波。

可以使用UV水平方向滤波器在水平方向上对所述YUV图像的色度分量U进行滤波；使用UV垂直方向滤波器在垂直方向上对所述YUV图像的色度分量U进行滤波。

可以使用UV水平方向滤波器在水平方向上对所述YUV图像的色度分量V进行滤波；使用UV垂直方向滤波器在垂直方向上对所述YUV图像的色度分量V进行滤波。

本方案提出的图像处理过程中将图像缩放和色度重采样一起进行处理，降低系统复杂度、简化硬件、降低功耗；采用滤波器对色度分量进行采样，提高输出图像质量。

图3是本发明实施例提供的一种图像处理装置的结构示意图。如图3所示，所述图像处理装置300包括：输入单元310、第一单元320、第二单元330、第三单元340以及输出单元350。

第一单元310，用于获取图像的缩放配置参数和色度重采样配置参数。

所述第一单元还包括：第一获得单元321、第二获得单元322、第三获得单元323。

第一获得单元321，用于根据输入图像的形状和输出图像的形状确定图像的缩放配置参数。

在本发明的实施例中，所述第一获得单元获得的所述缩放配置参数包括:YUV色彩空间的亮度信号Y的水平变换比例r1和亮度信号Y的垂直变换比例r2。

具体地，所述亮度信号Y的水平变换比例r1为输入图像的宽度i_w和输出图像的宽度o_w的比值；所述亮度信号Y的垂直变换比例r2为输入图像的高度i_h和输出图像的高度o_h的比值。

第二获得单元322，用于根据输入图像和输出图像的格式确定色度重采样率。

在本发明的实施例中，所述色度采样率包括色度水平重采样率hor和色度垂直重采样率ver。

所述色度水平重采样率hor和色度垂直重采样率ver的值由输入图像和输出图像的具体转换格式确定。具体地，由输入图像和输出图像的转换格式确定是进行色度水平方向重采样或者进行色度垂直方向重采样。

所述色度水平重采样率hor和色度垂直重采样率ver的默认值为1。

输入图像和输出图像之间可以进行多种格式间的转换，可能需要进行色度水平/垂直上采样或色度水平/垂直下采样，可以由具体的图像之间的转换格式确定色度采样率，在此不再赘述。

第三获得单元323，根据所述色度重采样率和缩放配置参数确定色度重采样配置参数。

在本发明的实施例中，根据第一获得单元321得到的缩放配置参数与第二获得单元322得到色度重采样率得到色度重采样配置参数。

第二单元320，用于基于所述图像的缩放配置参数生成Y信号滤波器。

在本发明的实施例中，由第一单元320获得的缩放配置参数生成Y信号滤波器，由所述Y信号滤波器对输入单元310输入的图像的Y信号进行滤波。

所述Y信号滤波器包括Y水平方向滤波器和Y垂直方向滤波器，所述Y水平方向滤波器可以用于在水平方向上对所述YUV图像的亮度分量Y进行滤波，所述Y垂直方向滤波器可以用于在垂直方向上对亮度分量Y进行滤波。

具体地，可以由YUV色彩空间的亮度度信号Y的水平变换比例r1和亮度信号Y的垂直变换比例r2采用本领域技术人员所熟知的多种方法生成YUV色彩空间的亮度度信号Y水平方向滤波器和Y垂直方向滤波器。

所述Y信号的滤波器的生成方法可以采用本领域技术人员所熟知的多种方法进行，在此不作具体限定。

第三单元330，用于基于所述图像的色度重采样配置参数生成UV信号滤波器。

在本发明的实施例中，由第一单元320获得的色度重采样配置参数生成UV信号滤波器，由所述UV信号滤波器对输入单元310输入的图像的U、V信号进行滤波。

所述UV信号滤波器的生成方法可以采用本领域技术人员所熟知的多种方法生成，在此不作太多限定。

所述第三单元所述UV信号滤波器包括UV水平方向滤波器和UV垂直方向滤波器。

所述UV水平方向滤波器可以用于在水平方向上对所述YUV图像的色度分量U、V进行滤波，所述UV垂直方向滤波器可以用于在垂直方向上对所述YUV图像的色度分量U、V进行滤波。

本领域的技术人员理解，所述图像处理装置可以实现和图1所示的相关参数配置单元120相同或相类似的功能，因此也可以应用在图1所示的图像处理系统以生成所述滤波器组。

本申请可以在由用户设备执行的可执行指令的一般上下文中描述。程序模块可以位于包括存储设备在内的本地存储介质中。所述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种图像处理方法，其特征在于，包括：

获取图像的缩放配置参数和色度重采样配置参数；

基于所述图像的缩放配置参数生成亮度信号滤波器；

基于所述图像的色度重采样配置参数生成色度信号滤波器；

利用所述亮度信号滤波器对输入图像的亮度信号Y进行滤波，利用所述色度信号滤波器对输入图像的色度信号U、V进行滤波，以获得输出图像。

2.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述获取图像的缩放配置参数和色度重采样配置参数包括：

根据输入图像的形状和输出图像的形状确定图像的缩放配置参数；

根据输入图像和输出图像的格式确定色度重采样率；

根据所述色度重采样率和图像缩放配置参数确定色度重采样配置参数。

3.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述基于所述图像的缩放配置参数生成亮度信号滤波器包括：生成亮度水平方向滤波器和生成亮度垂直方向滤波器。

4.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述基于图像的色度重采样配置参数生成色度信号滤波器包括生成色度水平方向滤波器和生成色度垂直方向滤波器。

5.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述亮度信号滤波器和色度信号滤波器为FIR滤波器。

6.一种图像处理装置，其特征在于，包括：

第一单元，用于获取图像的缩放配置参数和色度重采样配置参数；

第二单元，用于基于所述图像的缩放配置参数生成亮度信号滤波器；所述亮度信号滤波器用于对输入图像的亮度信号进行滤波；

第三单元，用于基于所述图像的色度重采样配置参数生成色度信号滤波器；所述色度信号滤波器用于对输入图像的色度信号进行滤波。

7.如权利要求6所述的图像处理装置，其特征在于，所述第一单元还包括：

第一获得单元，用于根据输入图像的形状和输出图像的形状确定图像的缩放配置参数；

第二获得单元，用于根据输入图像和输出图像的格式确定色度重采样率；

第三获得单元，根据所述色度重采样率和缩放配置参数确定色度重采样配置参数。

8.如权利要求6所述的图像处理装置，其特征在于，所述第二单元生成的所述亮度信号滤波器包括亮度水平方向滤波器和亮度垂直方向滤波器。

9.如权利要求6所述的图像处理装置，其特征在于，所述第三单元生成的所述色度信号滤波器包括色度水平方向滤波器和色度垂直方向滤波器。

10.一种图像处理系统，包括如权利要求6至9任一项所述的图像处理装置和由所述图像处理装置生成的亮度信号滤波器和色度信号滤波器。