CN104144310B - 超高清分辨率图像处理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种超高清分辨率图像处理方法和装置，所述方法包括步骤：将图像像素分为并行输入的奇像素和偶像素；将垂直方向输入的奇像素和偶像素分别进行滤波并写入各自的寄存器；若滤波后的奇像素或偶像素写到各自的预设的寄存器，以各自的预设的寄存器的读出像素为起始像素，依照图像顺序读出其水平相邻的像素；将所述起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波。本发明信号处理器时钟频率只需大于像素时钟的一半，即可以实现超高清分辨率图像的处理，降低了成本；通过一个缩放通道即可以完成超高清分辨率图像的处理，实现方法比较简单。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种超高清分辨率图像处理方法和装置。
背景技术
超高清分辨率(Ultra High-Definition)包括4k分辨率(3840x2160)、8k分辨率(7680x4320)等。超高清分辨率图像携带巨大的信息量，能够带来令人难以置信的细腻显示效果，同时画面内部的细节非常清晰。但是超高清分辨率图像每一帧的数据量大，为了保证对输入的超高清分辨率图像信号实时处理，现阶段一般有两种处理方法：通过提高信号处理器时钟频率对超高清分辨率图像实时处理，如输入信号为3840x2160@30Hz，像素时钟297MHz，则信号处理器时钟频率要高于297MHz；通过将输入图像分解成两个(或者多个)子画面，采用两路(或者多路)缩放通道对子画面进行处理，处理完后拼合成完整的图像。
但是上述第一种方法信号处理器时钟频率要求较高，而时钟频率高的信号处理器成本一般也比较高，第二种方法需要占用两路(或者多路)缩放通道，而且实现方法比较复杂。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种超高清分辨率图像处理方法和装置，可以在不提高信号处理器时钟频率和不增加额外缩放通道的情况下实现超高清分辨率图像的实时处理。
一种超高清分辨率图像处理方法，包括步骤：
将图像像素分为并行输入的奇像素和偶像素；
将垂直方向输入的奇像素和偶像素分别进行滤波并写入各自的寄存器；
若滤波后的奇像素或偶像素写到各自的预设的寄存器，以各自的预设的寄存器的读出像素为起始像素，依照图像顺序读出其水平相邻的像素；
将所述起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波。
一种超高清分辨率图像处理装置，包括：
像素划分模块，用于将图像像素分为并行输入的奇像素和偶像素；
垂直方向滤波模块，用于将垂直方向输入的奇像素和偶像素分别进行滤波；
滤波像素写入模块，用于将滤波后的奇像素和偶像素写入各自的寄存器；
滤波像素读取模块，用于在滤波后的奇像素或偶像素写到各自的预设的寄存器时，以各自的预设的寄存器的读出像素为起始像素，依照图像顺序读出其水平相邻的像素；
水平方向滤波模块，用于将所述起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波。
本发明超高清分辨率图像处理方法和装置，与现有技术相互比较时，具备以下优点：
1、本发明将图像像素分为并行输入的奇像素和偶像素，像素时钟减半，数据位宽加倍，然后分别对奇像素和偶像素进行垂直方向滤波和水平方向滤波，信号处理器时钟频率只需大于像素时钟的一半，即可以完成超高清分辨率图像的处理，降低了成本；
2、本发明不需要占用两路(或者多路)缩放通道，通过一个缩放通道即可以完成超高清分辨率图像的处理，并且实现方法比较简单；
3、本发明可以实现超高清分辨率图像的实时处理，并且采用本发明方案可以实时处理比超高清分辨率更高的分辨率。
附图说明
图1为本发明方法实施例的流程示意图；
图2为本发明奇像素和偶像素划分实施例的示意图；
图3为本发明将垂直方向输入的奇像素和偶像素分别进行滤波并写入各自的寄存器实施例的示意图；
图4为本发明将起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波实施例的示意图；
图5为本发明具体实施例的示意图；
图6为本发明装置实施例的结构示意图；
图7为本发明垂直方向滤波模块实施例的示意图；
图8为本发明滤波像素写入模块实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明超高清分辨率图像处理方法的具体实施方式做详细描述。
如图1所示，一种超高清分辨率图像处理方法，包括步骤：
S110、将图像像素分为并行输入的奇像素和偶像素；
奇像素指的是位于行里奇数位置的像素点，例如位于行里第1、3、5……位置的像素点，偶像素指的是位于行里偶数位置的像素点，例如位于行里第2、4、6……位置的像素点，例如图2所示，圆形示意的像素点11为奇像素点，正方形示意的像素点12为偶像素点。
将图像像素分为并行输入的奇像素和偶像素可以通过现有技术中已有的解码芯片实现，解码芯片将图像像素解码获得并行输入的奇像素和偶像素，解码后像素时钟减半，数据位宽加倍。
S120、将垂直方向输入的奇像素和偶像素分别进行滤波并写入各自的寄存器；
可以采用多种滤波方法对垂直输入的奇像素和偶像素滤波，例如，步骤S120可以包括：
采用公式：对垂直方向输入的奇像素进行滤波；
采用公式：对垂直方向输入的偶像素进行滤波；
其中Vtaps为垂直方向抽头的数量，例如Vtaps＝4等；Coef[i]表示第i个抽头的滤波系数；x，y为像素坐标；VPixint_odd[x，y]表示滤波后的奇像素，Pixin_odd[x，y-(Vtaps/2)+i]表示输入的奇像素，VPixint_even[c，y]表示滤波后的偶像素，Pixin_even[x，y-(Vtaps/2)+i]表示输入的偶像素。
如图3所示，可以先将选取的奇像素和偶像素分别写入各自的行FIFO(FirstInput First Output，先入先出队列)中，每组包含4个行FIFO，第一个行FIFO写满后，将数据从第一个行FIFO读出写入到第二个行FIFO，以此类推，当第4个行FIFO写满后，并行从四个行FIFO中读出数据进行垂直方向上奇像素和偶像素的滤波处理。
滤波处理后的奇像素和偶像素需先写入各自的寄存器，以便进行后面的水平方向的滤波。各自寄存器的个数可以为3个，以使延时最小。如图3所示，将滤波后的奇像素和偶像素写入各自的寄存器的步骤可以包括：
将滤波后的奇像素写入第三奇寄存器，当有新的滤波后的奇像素写入所述第三奇寄存器时，将所述第三奇寄存器的当前数据写到第二奇寄存器，所述第二奇寄存器的当前数据写到第一奇寄存器；
将滤波后的偶像素写入第三偶寄存器，当有新的滤波后的偶像素写入所述第三偶寄存器时，将所述第三偶寄存器的当前数据写到第二偶寄存器，所述第二偶寄存器的当前数据写到第一偶寄存器。
S130、若滤波后的奇像素或偶像素写到各自的预设的寄存器，以各自的预设的寄存器的读出像素为起始像素，依照图像顺序读出其水平相邻的像素；
由于水平方向上滤波需要对水平方向上连续的抽取的多个像素进行滤波处理，既包含奇像素又包含偶像素，所以需要对垂直方向上奇像素和偶像素滤波后输出的数据按照图像顺序进行组合。当采用图3所示的寄存器流水线写入方式时，预设的寄存器可以为第一奇寄存器和第一偶寄存器。那么如图4所示，当滤波后的奇像素写到第一奇寄存器时，从所述第一奇寄存器、所述第一偶寄存器、所述第二奇寄存器、所述第二偶寄存器读出滤波后的像素；当滤波后的偶像素写到第一偶寄存器时，从所述第一偶寄存器、所述第二奇寄存器、所述第二偶寄存器、所述第三奇寄存器读出滤波后的像素。
S140、将所述起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波；
将起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波的方式有很多种，例如，步骤S140可以采用下述公式对起始像素和其水平相邻的像素进行滤波：
其中Htaps为水平方向抽头的数量，与垂直方向抽头数量一般相同，Coef[i]表示第i个抽头的滤波系数。Pixout[x，y]表示水平方向滤波后的输出数据，VPixint[x-(Htaps/2)+i，y]表示输入的垂直方向滤波后的奇像素或偶像素，具体根据水平滤波涉及的像素确定。
超高清分辨率图像处理过程中，需要根据缩放比率控制垂直滤波和水平滤波选取的像素个数，以及根据缩放比率确定缩放相位及滤波系数，从而实现超高清分辨率图像的缩放，其中缩放比率为缩放后图像分辨率与原图像分辨率的比值。步骤S110的方法可以通过现有的解码芯片实现，步骤S120-S140的方法可以在信号处理器上实现。
为了更好的理解本发明方法的具体实施方式，下面结合一个具体实施例详细说明。
如图5所示，将图像像素经过解码芯片分为奇像素510和偶像素520；
将奇像素510和偶像素520分别写入各自的FIFO中；
选取4抽头的滤波器对垂直方向上输入的奇像素510和偶像素520分别进行滤波；
将垂直方向输入的奇像素滤波后的数据首先写入寄存器533，当有新的滤波后的数据写入寄存器533时，将寄存器533当前的数据写入寄存器532，以此类推；
将垂直方向输入的偶像素滤波后的数据首先写入寄存器543，当有新的滤波后的数据写入寄存器543时，将寄存器543当前的数据写入寄存器542，以此类推；
当有数据写入寄存器531时，将从寄存器531、寄存器541、寄存器532、寄存器542读出的像素进行组合，并对组合的像素进行水平方向的滤波；当有数据写入寄存器541时，将从寄存器541、寄存器532、寄存器542、寄存器533读出的像素进行组合，并对组合的像素进行水平方向的滤波。
基于同一发明构思，本发明还提供一种超高清分辨率图像处理装置，下面结合具体实施例进行详细说明。
如图6所示，一种超高清分辨率图像处理装置，包括：
像素划分模块610，用于将图像像素分为并行输入的奇像素和偶像素；
将图像像素分为并行输入的奇像素和偶像素可以通过现有技术中已有的解码芯片实现，解码芯片将图像像素解码获得并行输入的奇像素和偶像素，解码后像素时钟减半，数据位宽加倍。
垂直方向滤波模块620，用于将垂直方向输入的奇像素和偶像素分别进行滤波；
像素滤波的方法有很多种，例如，如图7所示，所述垂直方向滤波模块620可以包括奇像素滤波单元621和偶像素滤波单元622；
所述奇像素滤波单元621采用公式： 对垂直方向输入的奇像素进行滤波；
所述偶像素滤波单元622采用公式： 对垂直方向输入的偶像素进行滤波；
其中Vtaps为垂直方向抽头的数量，Coef[i]表示第i个抽头的滤波系数，VPixint_odd[x，y]表示滤波后的奇像素，Pixin_odd[x，y-(Vtaps/2)+i]表示输入的奇像素，VPixint_even[x，y]表示滤波后的偶像素，Pixin_even[x，y-(Vtaps/2)+i]表示输入的偶像素。
滤波像素写入模块630，用于将滤波后的奇像素和偶像素写入各自的寄存器；
垂直方向滤波模块620滤波处理后的奇像素和偶像素需先写入各自的寄存器，以便进行后面的水平方向的滤波。如图8所示，所述滤波像素写入模块630可以包括奇像素写入单元631、偶像素写入单元632；
所述奇像素写入单元631用于将滤波后的奇像素写入第三奇寄存器，当有新的滤波后的奇像素写入所述第三奇寄存器时，将所述第三奇寄存器的当前数据写到第二奇寄存器，所述第二奇寄存器的当前数据写到第一奇寄存器；
所述偶像素写入单元632用于将滤波后的偶像素写入第三偶寄存器，当有新的滤波后的偶像素写入所述第三偶寄存器时，将所述第三偶寄存器的当前数据写到第二偶寄存器，所述第二偶寄存器的当前数据写到第一偶寄存器。
滤波像素读取模块640，用于在滤波后的奇像素或偶像素写到各自的预设的寄存器时，以各自的预设的寄存器的读出像素为起始像素，依照图像顺序读出其水平相邻的像素；
由于水平方向上滤波需要对水平方向上连续的抽取的多个像素进行滤波处理，既包含奇像素又包含偶像素，所以需要对垂直方向上奇像素和偶像素滤波后输出的数据按照图像顺序进行组合。预设的寄存器可以为第一寄存器和第二寄存器。所述滤波像素读取模块640在滤波后的奇像素写到第一奇寄存器时，从所述第一奇寄存器、所述第一偶寄存器、所述第二奇寄存器、所述第二偶寄存器读出滤波后的像素；在滤波后的偶像素写到第一偶寄存器时，从所述第一偶寄存器、所述第二奇寄存器、所述第二偶寄存器、所述第三奇寄存器读出滤波后的像素。
水平方向滤波模块650，用于将所述起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波。
滤波的方式有很多种，例如，所述水平方向滤波模块650可以采用下述公式对对起始像素和其水平相邻的像素进行滤波：
其中Htaps为水平方向抽头的数量，Coef[i]表示第i个抽头的滤波系数。Pixout[x，y]表示水平方向滤波后的输出数据，VPixint[x-(Htaps/2)+i，y]表示输入的垂直方向滤波后的奇像素或偶像素，具体根据水平滤波涉及的像素确定。
超高清分辨率图像处理过程中，需要根据缩放比率控制垂直滤波和水平滤波选取的像素个数，以及根据缩放比率确定缩放相位及滤波系数，从而实现超高清分辨率图像的缩放。像素划分模块610可以为现有的解码芯片，垂直方向滤波模块620、滤波像素写入模块630、滤波像素读取模块640、以及水平方向滤波模块650可以在信号处理器上实现。
本发明装置其它技术特征与本发明方法相同，在此不予赘述。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种超高清分辨率图像处理方法，其特征在于，包括步骤：
将图像像素分为并行输入的奇像素和偶像素；
将垂直方向输入的奇像素和偶像素分别进行滤波并写入各自的寄存器；
若滤波后的奇像素或偶像素写到各自的预设的寄存器，以各自的预设的寄存器的读出像素为起始像素，依照图像顺序读出其水平相邻的像素；
将所述起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波；
将滤波后的奇像素和偶像素写入各自的寄存器的步骤包括：
将滤波后的奇像素写入第三奇寄存器，当有新的滤波后的奇像素写入所述第三奇寄存器时，将所述第三奇寄存器的当前数据写到第二奇寄存器，所述第二奇寄存器的当前数据写到第一奇寄存器；
将滤波后的偶像素写入第三偶寄存器，当有新的滤波后的偶像素写入所述第三偶寄存器时，将所述第三偶寄存器的当前数据写到第二偶寄存器，所述第二偶寄存器的当前数据写到第一偶寄存器。
2.根据权利要求1所述的超高清分辨率图像处理方法，其特征在于，将垂直方向输入的奇像素和偶像素分别进行滤波的步骤包括：
采用公式：对垂直方向输入的奇像素进行滤波；
采用公式：对垂直方向输入的偶像素进行滤波；
其中Vtaps为垂直方向抽头的数量，Coef[i]表示第i个抽头的滤波系数，VPixint_odd[x,y]表示滤波后的奇像素，Pixin_odd[x，y-(Vtaps/2)+i]表示输入的奇像素，VPixint_even[x，y]表示滤波后的偶像素，Pixin_even[x，y-(Vtaps/2)+i]表示输入的偶像素。
3.根据权利要求1所述的超高清分辨率图像处理方法，其特征在于，预设的寄存器为第一奇寄存器和第一偶寄存器；
以各自的预设的寄存器的读出像素为起始像素，依照图像顺序读出其水平相邻的像素的步骤包括：
从所述第一奇寄存器、所述第一偶寄存器、所述第二奇寄存器、所述第二偶寄存器读出滤波后的像素；
从所述第一偶寄存器、所述第二奇寄存器、所述第二偶寄存器、所述第三奇寄存器读出滤波后的像素。
4.根据权利要求2所述的超高清分辨率图像处理方法，其特征在于，将所述起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波的步骤包括：
采用公式：对所述起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波；
其中Htaps为水平方向抽头的数量，Coef[i]表示第i个抽头的滤波系数，Pixout[x，y]表示水平方向滤波后的输出数据，VPixint[x-(Htaps/2)+i，y]表示输入的垂直方向滤波后的奇像素或偶像素。
5.一种超高清分辨率图像处理装置，其特征在于，包括：
像素划分模块，用于将图像像素分为并行输入的奇像素和偶像素；
垂直方向滤波模块，用于将垂直方向输入的奇像素和偶像素分别进行滤波；
滤波像素写入模块，用于将滤波后的奇像素和偶像素写入各自的寄存器；
滤波像素读取模块，用于在滤波后的奇像素或偶像素写到各自的预设的寄存器时，以各自的预设的寄存器的读出像素为起始像素，依照图像顺序读出其水平相邻的像素；
水平方向滤波模块，用于将所述起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波；
所述滤波像素写入模块包括奇像素写入单元、偶像素写入单元；
所述奇像素写入单元用于将滤波后的奇像素写入第三奇寄存器，当有新的滤波后的奇像素写入所述第三奇寄存器时，将所述第三奇寄存器的当前数据写到第二奇寄存器，所述第二奇寄存器的当前数据写到第一奇寄存器；
所述偶像素写入单元用于将滤波后的偶像素写入第三偶寄存器，当有新的滤波后的偶像素写入所述第三偶寄存器时，将所述第三偶寄存器的当前数据写到第二偶寄存器，所述第二偶寄存器的当前数据写到第一偶寄存器。
6.根据权利要求5所述的超高清分辨率图像处理装置，其特征在于，所述垂直方向滤波模块包括奇像素滤波单元和偶像素滤波单元；
所述奇像素滤波单元采用公式： 对垂直方向输入的奇像素进行滤波；
所述偶像素滤波单元采用公式： 对垂直方向输入的偶像素进行滤波；
其中Vtaps为垂直方向抽头的数量，Coef[i]表示第i个抽头的滤波系数，VPixint_odd[x，y]表示滤波后的奇像素，Pixin_odd[x，y-(Vtaps/2)+i]表示输入的奇像素，VPixint_even[x，y]表示滤波后的偶像素，Pixin_even[x，y-(Vtaps/2)+i]表示输入的偶像素。
7.根据权利要求5所述的超高清分辨率图像处理装置，其特征在于，预设的寄存器为第一奇寄存器和第一偶寄存器；
所述滤波像素读取模块在滤波后的奇像素写到第一奇寄存器时，从所述第一奇寄存器、所述第一偶寄存器、所述第二奇寄存器、所述第二偶寄存器读出滤波后的像素；
所述滤波像素读取模块在滤波后的偶像素写到第一偶寄存器时，从所述第一偶寄存器、所述第二奇寄存器、所述第二偶寄存器、所述第三奇寄存器读出滤波后的像素。
8.根据权利要求6所述的超高清分辨率图像处理装置，其特征在于，所述水平方向滤波模块采用下述公式对所述起始像素和其水平相邻的像素进行水平方向的滤波：
其中Htaps为水平方向抽头的数量，Coef[i]表示第i个抽头的滤波系数，Pixout[x，y]表示水平方向滤波后的输出数据，VPixint[x-(Htaps/2)+i，y]表示输入的垂直方向滤波后的奇像素或偶像素。
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