CN1835545A - 使用单个线存储器的图像比例换算设备及其比例换算方法 - Google Patents

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CN1835545A CNA2006100591327A CN200610059132A CN1835545A CN 1835545 A CN1835545 A CN 1835545A CN A2006100591327 A CNA2006100591327 A CN A2006100591327A CN 200610059132 A CN200610059132 A CN 200610059132A CN 1835545 A CN1835545 A CN 1835545A
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Abstract

提供一种通过使用单个线存储器按比例缩小图像数据的图像比例换算设备和比例换算方法。图像比例换算设备包括：预比例换算单元，用于接收M条线的第一数据，对M条线的每条中的每2k个像素数据计算第一平均值，并且根据预比例换算比例对每2k个第一平均值计算第二平均值，M条线的每条具有L个像素数据，其中L、M和k是正整数；线存储器，用于存储在预比例换算单元计算出的第一平均值和第二数据；和主比例换算单元，用于接收来自预比例换算单元的第二平均值和存储在线存储器中的第二数据，并且通过根据主比例换算比例使用线性内插来对第二平均值和第二数据执行滤波操作，其中2k小于一条M线中的像素数据总数和M条线的总数。

Description

使用单个线存储器的图像比例换算设备及其比例换算方法
技术领域
本发明涉及图像比例换算(scaling)设备，尤其设计通过使用单个线存储器(single line memory)按比例缩小(scale down)图像数据的比例换算设备和比例换算方法。
背景技术
最近，具有摄影模块的移动终端(如摄影电话)正在日趋普及。例如，现在销售的移动电话很大比例具有内置的摄影头。造成摄影电话激增的一个特征是摄影模块分辨率的增加。为了提供具有增加的分辨率的摄影模块，必须在嵌入摄影电话中的芯片系统(system-on-chip)中包括诸如图像比例换算器(image scaler)之类的高度集成的芯片。
图像比例换算器用于按比例缩小高质量图像。为此，执行包括低通滤波处理的高质量图像算法。然而，如果不执行低通滤波，则图像质量可能会严重下降。例如，图像边缘可能畸变，并且可能出现混叠(aliasing)。
为了防止图像畸变和混叠，通过获得色彩的平均值或者通过为可以与外部背景图像区分开的物体的边缘分配不同的权重，低通滤波将其中高频分量集中的对像的边缘的色彩模糊。通过这样，低通滤波使边缘的色彩与外围背景相似，从而防止出现混叠或图像畸变噪声。
尽管与仅仅用内插处理的图像相比低通滤波提供提供了改善的图像质量，但低通滤波是在图像被按比例缩小后执行的。因此，低通滤波要求至少两个或更多额外的线存储器。因此，图像比例换算器的制造成本增加，而包含该图像比例换算器的芯片系统的集成度降低。
因此，需要存在一种能够提供高质量图像、同时具有降低制造成本和增加包含该图像比例换算器的芯片系统的集成度的配置的图像比例换算设备。
发明内容
本发明提供一种用于通过使用单个线存储器执行低通滤波和内插来按比例缩小图像数据的图像比例换算设备和比例换算方法。
本发明的一个实施例提供一种图像比例换算设备，其包括：预比例换算单元，用于接收多条即M线的第一数据，对M条线的每条中的每2k个像素数据计算第一平均值，并且根据预比例换算比例对每2k个第一平均值计算第二平均值，M条线的每条具有L个像素数据，其中L、M和k是正整数；线存储器，用于存储在预比例换算单元计算出的第一平均值和第二数据；和主比例换算单元，用于接收来自预比例换算单元的第二平均值和存储在线存储器中的第二数据，并且通过根据主比例换算比例使用线性内插来对第二平均值和第二数据执行滤波操作，其中2k小于一条M线中的像素数据总数和M条线的总数。
预比例换算比例和主比例换算比例是由图像比例换算比例(1/N)确定的，其中图像比例换算比例(1/N)是(1/2k)×(2k/N)，并且k和N是整数。2k/N的值满足条件2k/N≤1。
主比例换算单元包括：存储器存取控制器，用于向/从线存储器存储或读取第二数据；地址控制器，用于响应于来自存储器存取控制器的数据信息输出线存储器的地址；和内插单元，用于接收来自存储器存取控制器的第二数据和来自预比例换算单元的第二平均值，通过根据主比例换算比例使用线性内插执行滤波操作，并且将第二平均值作为第二数据存储在线存储器中。
当图像比例换算比例1/N小于1并且大于1/2时，将第一数据直接输入到主比例换算单元。内插单元接收来自存储器存取控制器的第一数据和第二数据，并且通过根据主比例换算比例使用线性内插执行滤波操作。
地址控制器包括用于确定线存储器地址的源索引信息。预比例换算单元还包括存储器接口，用于向/从线存储器存储或读取第一平均值。
本发明的另一实施例提供一种比例换算图像的方法，该方法包括：确定第一数据的图像比例换算比例(1/N)，其中第一数据是多条线中的每个中的像素数据；当图像比例换算比例(1/N)小于或等于1/2时，根据预比例换算比例对第一数据执行低通滤波；和根据主比例换算比例对低通滤波的结果执行线性内插；和当图像比例换算比例(1/N)小于1且大于1/2时，通过根据主比例换算比例使用线性内插对第一数据执行滤波操作。
预比例换算比例和主比例换算比例是由图像比例换算比例(1/N)确定的，其中图像比例换算比例(1/N)是(1/2k)×(2k/N)，并且k和N是整数。2k/N的值满足条件2k/N≤1。
执行低通滤波包括：对每条线中的每2k个像素数据计算第一平均值；存储每条线的第一平均值；和通过读取第一平均值对每2k个第一平均值计算第二平均值。
对低通滤波的结果执行线性内插包括：接收第二平均值和第二数据；对第二平均值和第二数据执行线性内插；和将第二平均值作为第二数据存储。
通过使用线性内插对第一数据执行滤波操作包括：接收第一数据；和对第一数据执行线性内插。
在本发明的再一个实施例中，一种芯片系统的图像比例换算设备包括：预比例换算单元，用于接收第一数据和预比例换算比例；主比例换算单元，用于接收主比例换算比例；和电连接在预比例换算单元和主比例换算单元之间的线存储器，用于存储从预比例换算单元和主比例换算单元接收的数据，其中如果图像比例换算比例小于或等于第一值，则预比例换算单元对第一数据低通滤波，输出低通滤波后的第一数据，并且主比例换算单元根据主比例换算比例对低通滤波后的数据执行线性内插以生成比例换算后的图像，以及如果图像比例换算比例大于第一值且小于第二值，则第一数据直接输入到主比例换算单元，并且主比例换算单元根据主比例换算比例对第一数据执行线性内插以生成比例换算后的图像。
图像比例换算比例的第一值是1/2，并且图像比例换算比例的第二值是1。预比例换算比例和主比例换算比例是由图像比例换算比例确定的，其中图像比例换算比例是(1/N)，(1/N)是(1/2k)×(2k/N)，并且k和N是整数。
2k/N的值满足条件2k/N≤1。第一数据是多条线中的每个中的像素数据。低通滤波后的第一数据包括第二平均值和第二数据，其中第二平均值由预比例换算单元计算，并且是每条线中的像素数据的第一平均值，并且第二数据是存储在线存储器中的第二平均值。
附图说明
通过参照附图对其示范性实施例的详细描述，本发明的上述和其他特征将变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明示范性实施例的图像比例换算设备的方框图；
图2是图1所示的主比例换算单元的方框图；
图3示出在图1所示的预比例换算单元和主比例换算单元之间共享线存储器的例子；
图4是示出图1所示的预比例换算单元和主比例换算单元的时间表的时序图；
图5是根据本发明示范性实施例比例换算图像的方法的流程图；
图6是图5所示的预比例换算的方法的流程图；和
图7是图5所示的主比例换算的方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明示范性实施例的图像比例换算设备的方框图。
参照图1，图像比例换算设备包括预比例换算单元100、线存储器200和主比例换算单元300。
预比例换算单元100根据从主处理器(未示出)输入的预比例换算比例执行预定处理来对第一输入图像数据DAT1进行低通滤波。主处理器可以是CPU、微处理器或数字信号处理器之一。此外，预比例换算单元100包括存储器接口101，用于将结果存储在线存储器200中或者从线存储器200中读取预定数据。
线存储器200连接到预比例换算单元100和主比例换算单元300，并且存储从预比例换算单元100或主比例换算单元300输入的数据。
主比例换算单元300基于从主处理器输入的主比例换算比例执行滤波操作。将参照图2详细描述主比例换算单元300。
图2是图1所示的主比例换算单元300的方框图。
参照图2，主比例换算单元300包括地址控制器301、存储器存取控制器302和内插计算单元303。
地址控制器301包括用于计算存储数据的线存储器200的地址值(ADD)的源索引。地址控制器301接收关于要向/从线存储器200存储或读取的数据的信息，并且计算用于存储和读取数据的相应地址。
存储器存取控制器302从地址控制器301接收地址值(ADD)，并且控制线存储器200和内插计算单元303之间的写入和读取操作。
内插计算单元303接收存储在线存储器200中的第二数据DAT2和从预比例换算单元100输入的数据(L0+L1，L2+L3，...，Ln-1+Ln)，并且响应于主比例换算比例对第二数据DAT2和数据(L0+L1，L2+L3，...，Ln-1+Ln)执行线性内插操作。或者，内插计算单元303直接从外部存储器(未示出)接收第一数据DAT1，并且对第一数据DAT1而不是从预比例换算单元100接收的第二数据DAT2执行线性内插操作。
第一数据DAT1是多于一帧的像素数据。单个帧是以单个图像场景在显示单元(如LCD)上显示的静止图像。单个帧由表示对应于显示器分辨率的垂直线和水平线的交叉处的像素数据构成。例如，如果显示器分辨率是1024×768，则单帧数据包括1024×768个像素数据，它们表示在1024条水平线和768条垂直线的交叉处的图像值。
预比例换算比例和主比例换算比例是由图像比例换算比例(1/N)确定的，后者是用于按比例缩小第一数据DAT1的比例。预比例换算比例和主比例换算比例由主处理器根据图像比例换算比例(1/N)计算出并存储在线存储器200中。所存储的预比例换算比例和主比例换算比例被送到预比例换算单元100和主比例换算单元300。
图像比例换算比例(1/N)可以用下面的方程1表示。
1/N＝(1/2k)*(2k/N)        [方程1]
在方程1中，(1/2k)≤1并且k是小于log2(N)的整数(k≤log2(N))。此外，k由如下所示方程2定义。
k＝ceiling(log2(N))       [方程2]
这里，函数‘ceiling(x)’(ceiling：取上限)返回等于和小于‘x’的整数当中的最小整数。
图5是是根据本发明示范性实施例比例换算图像的方法的流程图。
参照图5，在操作S10中第一数据DAT1输入到图像比例换算设备。接着，在操作S20中确定图像比例换算比例(1/N)是否小于或等于1/2。如果图像比例换算比例(1/N)小于或等于1/2(即，1/N≤1/2)，则预比例换算比例不为0。因此，通过执行两个图像比例换算操作来处理第一数据DAT1。在这种情况下，将第一数据DAT1送到预比例换算单元100来进行低通滤波。预比例换算单元100在步骤S30中对垂直线和水平线计算2k个像素数据的平均值，以防止混叠。然后，主比例换算单元300在步骤S40中对预比例换算单元100的结果执行线性内插以生成比例换算的图像。然后在操作S50中将比例换算的图像作为输出数据(L0+L1&L2+L3)输出。
回到操作S20，如果图像比例换算比例(1/N)大于1/2且小于1(即，1/2＜1/N＜1)，则预比例换算比例为0。因此，将第一数据DAT1直接送到主比例换算单元300，而不用送到预比例换算单元100。在这种情况下，预比例换算单元100不处理第一数据DAT1。主比例换算单元300然后在操作S40中对第一数据DAT1执行线性内插来生成比例换算的图像。在操作S50中将比例换算的图像作为输出数据(L0+L1&L2+L3)输出。
图4是示出图1所示的预比例换算单元100和主比例换算单元300的时间表的时序图。例如，图4示出当k为1时的时间表。图6是图5所示的预比例换算的方法的流程图。下面将参照图4和6描述当图像比例换算比例1/N为1/2时的图像比例换算方法。
应当理解，当图像比例换算比例为1/2时，执行两步图像比例换算操作。
现在参照图4和6，当从外部存储器输入第一数据DAT1时，预比例换算单元100在操作S31中根据预比例换算比例计算每个水平线上的每2k个像素数据的第一平均值。计算出的第一平均值(L0，L1，L2，...，Ln)在操作S32中被存储在线存储器200中。例如，当k＝1(即，2k＝2)时，将每两条水平线的第一平均值存储在线存储器200中。
预比例换算单元100读取存储在线存储器200中的每条水平线的第一平均值(L0，L1，L2，...，Ln)，并且在操作S33中计算每2k个第一平均值的第二平均值。在操作S34中将计算出的第二平均值(L0+L1，L2+L3，...，Ln-1+Ln)输出到主比例换算单元300。
例如，当k＝1时，预比例换算单元100计算第一水平线的每两个像素值的第一平均值L0，并且将第一平均值L0存储在线存储器200中，然后对随后的输入数据计算第一平均值L1。在计算第一平均值L1后，预比例换算单元100读取存储在线存储器200中的第一平均值L0并且计算两个第一平均值L0和L1的第二平均值。计算出的第二平均值(L0+L1)输出到主比例换算单元300，并且主比例换算单元300将第二平均值(L0+L1)作为第一数据存储在线存储器200中。
在输出第二平均值(L0+L1)后，预比例换算单元100计算随后输入数据的第一平均值L2，并且将第一平均值L2存储在线存储器200中，然后计算随后的输入数据的另一第一平均值L3。然后，预比例换算单元100计算两个第一平均值L2和L3的第二平均值。如操作S35所示，预比例换算单元100对每条水平线中的所有像素数据执行第一平均值计算操作。
下面，将参照图4和7描述当图像比例换算比例小于1/2时主比例换算单元300的操作。图7是图5所示的主比例换算方法的流程图。
当在操作S41中第二平均值(L0+L1，L2+L3，...，Ln-1+Ln)输入到主比例换算单元300的内插计算单元303时，内插计算单元303在操作S42中通过存储器存取控制器302接收存储在线存储器200中的第二数据DAT2。第二数据DAT2是当主比例换算单元300从预比例换算单元100接收第二数据DAT2时由主比例换算单元300存储在线存储器200中的第二平均值(L0+L1，L2+L3，...，Ln-1+Ln)。主比例换算单元300在操作S43中根据主比例换算比例对第二平均值(L0+L1，L2+L3，...，Ln-1+Ln)和第二数据DAT2执行线性内插。
主比例换算单元300输出线性内插的结果(L0+L1&L2+L3，L2+L3&L4+L5，...，Ln-3+Ln-2&Ln-1+Ln)并且在操作S44中通过存储器存取控制器302将第二平均值(L0+L1，L2+L3，...，Ln-1+Ln)作为第二数据DAT2存储在线存储器200中。当主比例换算单元300依次接收随后的像素数据的第二平均值(L0+L1，L2+L3，...，Ln-1+Ln)时，主比例换算单元300从线存储器200中读取第二数据DAT2，执行线性内插，并且输出结果。如操作S45所示，重复主比例换算单元300所执行的比例换算方法，直到所有输入数据都被比例换算为止。
图3示出在预比例换算单元100和主比例换算单元300之间共享线存储器200的例子。参照图3，由于预比例换算单元100计算每条水平线的2k个像素数据的平均值并存储平均值，因此线存储器200中要存储的数据量减少例如1/2n，1/4n，1/8n...1/2n的倍数。因此，线存储器200所需的最大容量是水平分辨率(1)的1/2。例如，如果水平分辨率是1024，则线存储器200可以存储最大512个像素数据。因此，主比例换算单元300最多要求水平分辨率(2)的1/2。
当图像比例换算比例小于1且大于1/2时，由于第一数据DAT1直接送到主比例换算单元300，因此主比例换算单元300使用线存储器200的整个存储空间。
如上所述，根据本发明示范性实施例的图像比例换算设备和比例换算方法在按比例缩小图像的同时防止图像出现畸变或混叠。此外，在按比例缩小图像的同时预比例换算单元和主比例换算单元共同使用图像比例换算设备的单个线存储器，从而提高了包含图像比例换算器的芯片系统的集成度。
尽管参照其示范性实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，可以在不背离权利要求书限定的本发明宗旨和范围的前提下对其进行形式和细节的各种修改。

Claims (20)

1.一种图像比例换算设备，包括：
预比例换算单元，用于接收多条即M线的第一数据，对M条线的每条中的每2k个像素数据计算第一平均值，并且根据预比例换算比例对每2k个第一平均值计算第二平均值，M条线的每条具有L个像素数据，其中L、M和k是正整数；
线存储器，用于存储在预比例换算单元计算出的第一平均值和第二数据；和
主比例换算单元，用于接收来自预比例换算单元的第二平均值和存储在线存储器中的第二数据，并且通过根据主比例换算比例使用线性内插来对第二平均值和第二数据执行滤波操作，
其中2k小于一条M线中的像素数据总数和M条线的总数。
2.如权利要求1所述的图像比例换算设备，其中预比例换算比例和主比例换算比例是由图像比例换算比例(1/N)确定的，其中图像比例换算比例(1/N)是(1/2k)×(2k/N)，并且k和N是整数。
3.如权利要求2所述的图像比例换算设备，其中2k/N满足条件2k/N≤1。
4.如权利要求3所述的图像比例换算设备，其中主比例换算单元包括：
存储器存取控制器，用于向/从线存储器存储或读取第二数据；
地址控制器，用于响应于来自存储器存取控制器的数据信息输出线存储器的地址；和
内插单元，用于接收来自存储器存取控制器的第二数据和来自预比例换算单元的第二平均值，通过根据主比例换算比例使用线性内插执行滤波操作，并且将第二平均值作为第二数据存储在线存储器中。
5.如权利要求4所述的图像比例换算设备，其中当图像比例换算比例1/N小于1并且大于1/2时，将第一数据直接输入到主比例换算单元。
6.如权利要求5所述的图像比例换算设备，其中内插单元接收来自存储器存取控制器的第一数据和第二数据，并且通过根据主比例换算比例使用线性内插执行滤波操作。
7.如权利要求4所述的图像比例换算设备，其中地址控制器包括用于确定线存储器地址的源索引信息。
8.如权利要求1所述的图像比例换算设备，其中预比例换算单元还包括存储器接口，用于向/从线存储器存储或读取第一平均值。
9.一种比例换算图像的方法，包括：
确定第一数据的图像比例换算比例(1/N)，其中第一数据是多条线中的每个中的像素数据；
当图像比例换算比例(1/N)小于或等于1/2时，根据预比例换算比例对第一数据执行低通滤波；和
根据主比例换算比例对低通滤波的结果执行线性内插；和
当图像比例换算比例(1/N)小于1且大于1/2时，通过根据主比例换算比例使用线性内插对第一数据执行滤波操作。
10.如权利要求9所述的方法，其中预比例换算比例和主比例换算比例是由图像比例换算比例(1/N)确定的，其中图像比例换算比例(1/N)是(1/2k)×(2k/N)，并且k和N是整数。
11.如权利要求10所述的方法，其中2k/N满足条件2k/N≤1。
12.如权利要求11所述的方法，其中执行低通滤波包括：
对每条线中的每2k个像素数据计算第一平均值；
存储每条线的第一平均值；和
通过读取第一平均值对每2k个第一平均值计算第二平均值。
13.如权利要求12所述的方法，其中对低通滤波的结果执行线性内插包括：
接收第二平均值和第二数据；
对第二平均值和第二数据执行线性内插；和
将第二平均值作为第二数据存储。
14.如权利要求9所述的方法，其中通过使用线性内插对第一数据执行滤波操作包括：
接收第一数据；和
对第一数据执行线性内插。
15.一种芯片系统的图像比例换算设备，该设备包括：
预比例换算单元，用于接收第一数据和预比例换算比例；
主比例换算单元，用于接收主比例换算比例；和
电连接在预比例换算单元和主比例换算单元之间的线存储器，用于存储从预比例换算单元和主比例换算单元接收的数据，其中
如果图像比例换算比例小于或等于第一值，则预比例换算单元对第一数据低通滤波，输出低通滤波后的第一数据，并且主比例换算单元根据主比例换算比例对低通滤波后的数据执行线性内插以生成比例换算后的图像，以及
如果图像比例换算比例大于第一值且小于第二值，则第一数据直接输入到主比例换算单元，并且主比例换算单元根据主比例换算比例对第一数据执行线性内插以生成比例换算后的图像。
16.如权利要求15所述的图像比例换算设备，其中图像比例换算比例的第一值是1/2，并且图像比例换算比例的第二值是1。
17.如权利要求15所述的图像比例换算设备，其中预比例换算比例和主比例换算比例是由图像比例换算比例确定的，其中图像比例换算比例是(1/N)，(1/N)是(1/2k)×(2k/N)，并且k和N是整数。
18.如权利要求17所述的图像比例换算设备，其中2k/N满足条件2k/N≤1。
19.如权利要求15所述的图像比例换算设备，其中第一数据是多条线中的每个中的像素数据。
20.如权利要求19所述的图像比例换算设备，其中低通滤波后的第一数据包括第二平均值和第二数据，其中第二平均值由预比例换算单元计算，并且是每条线中的像素数据的第一平均值，并且第二数据是存储在线存储器中的第二平均值。
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