CN1595954A - 一种视频图像缩放过程中的清晰度补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种视频图像缩放过程中的清晰度补偿方法，在图像缩放系统中，与图像缩放单元并行地相互独立地置放一清晰度补偿单元。清晰度补偿单元在图像放大时，产生一个高频信息分量加到图像缩放单元所产生的结果图像像素中；在图像缩小时，产生一个高频信息分量从图像缩放单元所产生的结果图像像素中减去。本发明的补偿方法可以与任何图像缩放单元一起使用，适应性较强，操作灵活，使用方便。

Description

一种视频图像缩放过程中的清晰度补偿方法

技术领域

本发明涉及一种视频图像清晰度补偿方法，尤其是涉及一种视频图像在缩放过程中的清晰度补偿方法。

背景技术

视频图像的缩放是视频处理中最基本的问题之一。对于不同分辨率的视频显示器材，需要将原图像进行不同比例的放大或缩小。传统的PAL制及NTSC制的电视信号所传输的图像通常较小。典型的PAL(Phase Alternation Line)制电视信号一场图像大小为720×288，典型的NTSC(National TelevisionSystems Committee)制电视信号一场图像大小为720×242。而今天的各种利用现代数字处理技术的电视机通常都拥有更高的分辨率，如普通的液晶电视的分辨率可达到800×600或1280×768，甚至更高。另一方面，目前市场上销售的一些便携式和车载式的电视机却通常拥有更低的分辨率，如320×240，甚至更低。这就要求电视视频处理器能够将原电视图像进行放大或缩小以达到相应的显视分辨率，并且同时不至损失太多的图像品质。

在图像缩放过程中，结果图像中的像素通常是由原图像中的像素经插值得到的。也就是说，结果图像中的像素并不一定与任何原图像像素相等。如果一个结果图像像素经过相应的比例映射落到几个原图像像素之间，则它的像素值通常就由这几个原图像像素经插值得到。

如图1所示，像素A是缩放后结果图像中的一个像素。像素A经相应的比例映射对应于原视频图像中的一个点X，而点X在原视频图像中处于一个由若干原图像像素组成的小邻域N中。结果图像中的像素A的值通常就由这个邻域N中的原图像像素经插值得到。在此有很多不同的插值方法可用。最简单的插值方法被称为“最近像素法”，即让像素A等于邻域N中最靠近点X的原图像像素。这种方法可以被认为是一种零阶的插值方法。在集成电路(IC)的实现中，该方法一般需要两条行缓存。另一种利用两条行缓存的插值方法是“双线性插值法”。这种方法是一种一阶的插值方法，它利用邻域N中最靠近点X的四个原图像像素经水平与垂直方向两次线性插值产生像素A的值。常用的更高阶的插值方法包括双三次多项式插值法等，其集成电路的实现也相应地需要更多的资源。

图像缩放过程中存在的最大的问题就是结果图像的清晰度会发生偏差。这种偏差的大小和缩放比例的大小有关。通常，图像放大相当于对图像进行了一个低通滤波的操作，其结果图像会变得模糊，并且放大的比例越大其结果图像的模糊程度就越高。利用高阶的插值方法可以在一定程度上降低这种模糊作用，但效果通常并不显著。而图像缩小则相当于对图像的高频信息进行了增强，其结果图像常会因这种高频信息的增强而呈现一种“颗粒状”的效果，如同图像被较强的噪音所污染，并且缩小的比例越小其结果图像的这种“颗粒状”效果就越强。如上所述，无论在进行图像的放大还是缩小时，都需要对结果图像进行清晰度的补偿。具体地说，在图像放大时，需要补偿插值过程中损失的高频信息以提高结果图像的清晰度；而在图像缩小时，需要降低图像的高频信息以消除结果图像中的“颗粒状”效果。

发明内容

本发明为了解决上述视频图像在缩放过程中清晰度所产生的偏差，提供一种可以和任何图像缩放插值方法联合使用，从而对图像缩放过程中发生的图像清晰度偏差进行补偿的方法。

本发明清晰度补偿方法是在含有视频图像数据缓存和图像缩放单元的图像缩放系统中，与图像缩放单元并行地置放一清晰度补偿单元。

所说的图像缩放系统中的视频图像数据缓存提供若干行原图像数据，图像缩放单元利用这若干行的原图像数据按照缩放的要求进行相应的插值操作。与此同时，与图像缩放单元并行置放的清晰度补偿单元也利用与图像缩放单元相同的原图像行数据为每一个由图像缩放单元输出的像素值P产生一个清晰度补偿值CP。这个清晰度补偿值CP与图像缩放单元输出的像素值P相加产生最终的结果图像像素。

本发明补偿方法显著的优点是，本发明的补偿方法所采用的清晰度补偿单元是在图像缩放系统中，与图像缩放单元并行置放的。因此，清晰度补偿单元与图像缩放单元相互是独立的。使用本发明的清晰度补偿方法时不需要对原有的图像缩放单元进行任何改动。也就是说，本发明的清晰度补偿方法可以与任何图像缩放单元一起使用，用以调整清晰度。所说的图像缩放单元中可以选择不同的插值方法，而清晰度补偿单元也可以采用不同的插值方法。所以说本发明的补偿方法适应性比较强，操作灵活，使用方便。

附图说明

图1为视频图像缩放前后图像像素的示意图。

图2为应用本发明清晰度补偿方法的含有清晰度补偿单元的图像缩放系统的示意图。

图3为本发明补偿方法的清晰度补偿单元中所采用插值方法的一个实施例的示意图。

图4为本发明补偿方法中所说的清晰度补偿单元的具体步骤方框示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的清晰度补偿方法。

图2描述了含有图像清晰度补偿功能的一种图像缩放系统方框图。在图2中，视频图像数据缓存和图像缩放单元构成了一个普通的图像缩放系统，其中视频图像数据缓存提供了若干行原图像数据，而图像缩放单元利用这若干行的原图像数据进行相应的插值操作。本发明所提供的清晰度补偿单元是一个与图像缩放单元并行的功能单元，它利用与图像缩放单元相同的原图像行数据为每一个由图像缩放单元输出的像素值P产生一个清晰度补偿值CP。这个清晰度补偿值CP与图像缩放单元输出的像素值P相加产生最终的结果图像像素。本发明提供的清晰度补偿单元对图像缩放单元并无任何特殊要求，也就是说，图像缩放单元可以利用用户认为合适的任何插值方法来实现，本发明在此对图像缩放单元中所用的插值方法及其具体的集成电路(IC)实现并无任何限制。

另一方面，清晰度补偿单元本身根据视频图像数据缓存所提供的行缓存的数目不同也可使用不同的方法(下面将详细介绍)，通常较多的行缓存可以产生较好的清晰度补偿效果。本发明并不限制清晰度补偿单元所用的具体插值方法，用户可根据资源配置情况及效果要求自行选取。

下面，以图3为例介绍一种基于本发明的清晰度补偿方法的具体方法步骤。

如图3所示，设视频图像数据缓存提供了四条行缓存，即行缓存j-1，j，j+1和j+2。点X为图1中提到的对应于一个结果图像像素在原视频图像中的映射点。映射点X的N邻域由p1～p16共16个原图像像素组成。设原图像中水平及垂直方向相邻像素间的距离为1.0。图3中的数0≤a＜1.0和0≤b＜1.0分别为映射点X离其左上方的原图像像素(这里是p6)在水平及垂直方向上的距离。在图像缩放单元中，N邻域中的像素被用来产生相应结果图像的一个像素值。而在清晰度补偿单元中，N邻域中的像素将被用来产生相应结果图像像素的清晰度补偿值。由前所述，图像在放大时其高频信息将被减弱，而图像在缩小时其高频信息将被增强。所以，清晰度补偿的原理就是在图像放大时为由图像缩放单元产生的结果图像像素值加入一个高频信息分量，而在图像缩小时为由图像缩放单元产生的结果图像像素值减去一个高频信息分量。该高频信息分量是由N邻域中某些原图像像素处的局部高频信息分量经插值得到的，而这些像素处的局部高频信息分量是由一个相应像素处的局部高通滤波器产生的。N邻域中进行局部高通滤波操作的原图像像素的不同选取及高通滤波器的设计不同决定了清晰度补偿方法的差别。例如，如果选取离映射点X最近的四个原图像像素p6，p7，p10和p11处的局部高频信息分量进行双线性插值，则清晰度补偿值CP由方程(1)产生：

CP＝k*[b*(hp10-hp6)+

       b*a*(hp6+hp11-hp7-hp10)+

       a*(hp7-hp6)+p6 ]                (1)

其中hp6，hp7，hp10和hp11分别为原图像像素p6，p7，p10和p11处的局部高频信息分量。用户可选取不同的高通滤波器来产生hp6，hp7，hp10和hp11。如果以选取3×3的拉普拉斯算子作为高通滤波器为例，则hp6，hp7，hp10和hp11可用下述式子产生：

hp6＝p6-(p1+p2+p3+p5+p7+p9+p10+p11)/8              (2)

hp7＝p7-(p2+p3+p4+p6+p8+p10+p11+p12)/8             (3)

hp10＝p10-(p5+p6+p7+p9+p11+p13+p14+p15)/8          (4)

hp11＝p11-(p6+p7+p8+p10+p12+p14+p15+p16)/8         (5)

方程(1)中的k是一个由用户设置的控制参数，用以控制清晰度补偿的大小。控制参数k可以为一个负数，零，或一个正数。当k为零时，清晰度补偿值CP被强制为零，即清晰度补偿不起作用。k为负数应用于图像缩小时的情况，相当于由图像缩放单元产生的结果图像像素值P中减去一个高频信息分量。相反地，k为正数应用于图像放大时的情况，相当于在图像缩放单元产生的结果图像像素值P中加入一个高频信息分量。另外，所得到的清晰度补偿值CP可以通过一个阈值检查单元使其限制在一个预设范围内，从而进一步控制清晰度补偿的程度。

如上所述的方程(1)和方程(2)～(5)仅为局部高频信息分量插值和高通滤波器设计的例子。本发明并不限制用户根据视频图像数据缓存所提供的行缓存的数目不同选取不同的N邻域，不同的N邻域中的原图像像素，及不同的局部高频信息分量插值方法。本发明也不限制用户选取不同的高通滤波器设计方法来得到相应像素处的局部高频信息分量。

图4描述了一个普通的清晰度补偿单元的方框图。显示了本发明补偿方法的清晰度补偿单元的具体方法步骤。

依照图4清晰度补偿单元中的具体操作步骤是：

1.首先根据视频图像数据缓存中可用数据的多少选取映射点X的N邻域。在上述例子中，视频图像数据缓存提供了4条图像数据行，而映射点X的N邻域被选取为图3中的16个原图像像素p1～p16；

2.选取N邻域中用于产生局部高频信息分量的像素。在上述例子中，N邻域包含p1～p16共16个原图像像素，而其中p6，p7，p10和p11被选取为用于产生局部高频信息分量的像素；

3.选取高通滤波器计算产生所选像素处的局部高频信息分量。在上述例子中，所选像素p6，p7，p10和p11处的局部高频信息分量由3×3的拉普拉斯算子产生，即这里的高通滤波器就是3×3的拉普拉斯算子，具体计算由方程(2)～(5)给出；

4.选取插值方法进行局部高频信息分量的插值。在上述例子中，是要对上面步骤3中产生的所选像素处的局部高频信息分量进行插值，即对方程(2)～(5)产生的hp6，hp7，hp10和hp11进行插值，例子中用的是双线性插值，即方程(1)中方括号的部分；

5.将上面步骤4中产生的插值结果(即方程(1)中的方括号部分)利用一个乘法器与控制参数k相乘(在上述例子中，由方程(1)给出了k乘以方括号部分的结果)；

6.将上面步骤5中产生的结果进行阈值检查以控制其补偿范围，经阈值检查后的结果就是所要求的补偿值CP。

所说的高通滤波器是拉普拉斯算子，或者是高斯差分算子(DoG-Difference of Gaussian)，或者是高斯拉普拉斯算子(LoG-Laplacian ofGaussian)等。

所说的插值方法是最近像素法，或者是双线性插值法，或者是双三多项式插值法等。

Claims (5)

1、一种视频图像缩放过程中的清晰度补偿方法，图像缩放系统中，含有视频图像数据缓存和图像缩放单元，其特征在于在图像缩放系统中，与图像缩放单元并行地置放一清晰度补偿单元。

2、根据权利要求1所述的视频图像缩放过程中的清晰度补偿方法，其特征在于所说的清晰度补偿单元中的具体操作步骤是：

(1).首先根据视频图像数据缓存中可用数据的多少选取映射点(X)的邻域(N)；

(2).选取上述映射点(X)邻域(N)中用于产生局部高频信息分量的像素；

(3).选取高通滤波器计算产生所选像素处的局部高频信息分量；

(4).选取插值方法进行局部高频信息分量的插值；

(5).将上面步骤(4)中产生的插值结果利用一个乘法器与控制参数k相乘；

(6).将上面步骤(5)中产生的结果进行阈值检查以控制其补偿范围，经阈值检查后的结果就是所要求的补偿值(CP)。

3、根据权利要求2所述的视频图像缩放过程中的清晰度补偿方法，其特征在于所说的高通滤波器是拉普拉斯算子，或者是高斯差分算子，或者是高斯拉普拉斯算子。

4、根据权利要求2所述的视频图像缩放过程中的清晰度补偿方法，其特征在于所说的控制参数k是负数，或者是零，或者是正数。

5、根据权利要求2所述的视频图像缩放过程中的清晰度补偿方法，其特征在于所说的插值方法是最近像素法，或者是双线性插值法，或者是双三次多项式插值法。

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