WO2010111856A1 - 一种样条放大与自适应模版结合的图像下采样的方法 - Google Patents
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- G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
- G06T3/40—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
- G06T3/4007—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting based on interpolation, e.g. bilinear interpolation
Definitions
- the present invention relates to a video processing method, and more particularly to an image video downsampling method. Background technique
- the size of the downsampling template determines how many pixels on the original image correspond to a pixel on the downsampled original image. For example, a 3x3 template is used, which corresponds to 9 pixels on the original image corresponding to 1 pixel on the downsampled image.
- This algorithm has the following drawbacks: Imagine a downsampling operation of 256x256 -> 255x255. If a 3x3 template is used, the image will be blurred.
- a simple example of a digital signal with a data signal [xl, x2, x3, x4], it is required to downsample the digital signal by 4 to 3 to obtain a new signal [yl, y2, y3]
- yl contains all the information of xl and part of x2
- y2 contains most of the information of x2 and x3
- y3 contains a small amount of information of x3 and all the information of x4.
- x2 exists in both the downsampled signals yl, y2, and x3 exists in both y2 and y3.
- the downsampled signal is divided according to the spatial distribution of the original signal:
- the technical problem to be solved by the present invention is to use the variation law of pixels to effectively improve the effect of image down sampling.
- the invention provides a method for image down sampling combined with spline amplification and adaptive template: comprising the following steps:
- S10 determining the original image according to the resolution of the original image and the image resolution of the target downsampling
- the upsampling scale factor, the upsampling scale factor is an integer
- the image is upsampled according to the upsampling scale coefficient to obtain a new upsampled image
- the new upsampled image resolution is an integer multiple of the target downsampled image resolution.
- step S10 is specifically as follows: Let the resolution of the size of the original image A be M x
- target downsampled image A2 size resolution is m x n
- upsampling scale factor! ⁇ 1 calculation method is:
- the resolution of the new upsampled image size is (k*m) X (l*n), where: k, 1 are the upsampling scale coefficients of length and width, respectively, and int() is the rounding function.
- the step S20 is specifically as follows: according to the values of k and 1, the coefficient Ck is selected from the Yang Hui triangle,
- an adaptive downsampling template Cl T *Ck is obtained.
- the video compression method embodying the present invention has the following beneficial effects: the proposed image downsampling algorithm combined with the spline amplification and the adaptive template first simulates each pixel in the original image according to the surrounding by the highly accurate upsampling spline interpolation. The division of the variation law, and then according to these divided regions, the image is subjected to integer multiple downsampling operation using an adaptive template. This algorithm makes more scientific use of the variation law of pixels than the traditional downsampling algorithm, which can effectively improve the effect of image downsampling. DRAWINGS
- Figure 1 is a schematic flow chart of the method of the present invention
- FIG. 2 is a diagram showing (a) - (d) showing quantization, spline interpolation, and upsampling of an analog signal. detailed description
- FIG. 1 is a schematic flow chart of a method according to the present invention.
- the present invention provides a method for downsampling an image combined with a spline amplification and an adaptive template: the following steps are included:
- the coefficients Ck and Cl are selected from the Yanghui triangle to obtain an adaptive downsampling template Cl T *Ck, and the pixel (k*m) X (l*) on the new upsampled image A1 n)
- Performing a downsampling operation according to the adaptive downsampling template, and obtaining an image size of the target downsampled image A2 is mxn, that is, kxl pixels in the upsampled image A1 correspond to one pixel in the downsampled image A2, and pass the downsampling template Cl T *Ck is calculated to calculate the pixel value of one pixel in the downsampled image A2 from the pixel value of k X 1 pixel in the upsampled image A1.
- k X 1 pixel on the new upsampled image A1 corresponds to 1 pixel on the downsampled image A2, how to put this k X 1 pixel values are integrated into one pixel value.
- the coefficients Ck and Cl are selected from the Yang Hui triangle (as shown in Equation 2), and then Cl T *Ck is used to obtain the downsampling template.
- a(x, y) (A(X -2,Y -l)xl + ⁇ ( ⁇ -1,7-1) ⁇ 4 + ⁇ ( ⁇ ,7-1) ⁇ 6 + ⁇ ( ⁇ +1,7- 1) ⁇ 4 + ⁇ ( ⁇ +2,7-l)xl
- FIG. 2 (d) shows a schematic diagram of quantization, spline interpolation and upsampling of an analog signal.
- Figure 2 (a) shows an analog signal
- Figure 2 (b) shows that this signal is sampled and quantized into
- the signal as a 4 to 3 downsampling as an example, first perform the upsampling operation on Fig. 2(b) to obtain Fig. 2(d), and then downsample the Fig. 2(d), as shown in Fig. 2 (
- the signal of b) is divided according to the law, as shown in Equation 4, and then the down-sampling operation of 12 to 3 is performed on the divided signal, as shown in Equation 5.
- the advantage of this processing is that the process divides x2 and x3 into three signals according to the variation of nearby pixels, and then adds them to the downsampling, which improves the accuracy of image downsampling.
- the image downsampling algorithm combined with the spline amplification and the adaptive template of the method of the invention firstly simulates the division of each pixel in the original image according to the surrounding variation law by the higher precision upsampling spline interpolation, and then according to the division
- the region uses an adaptive template to perform an integer multiple of the image downsampling operation. This algorithm makes more scientific use of the variation law of pixels than the traditional downsampling algorithm, which can effectively improve the effect of image downsampling.
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Description
一种样条放大与自适应模版结合的图像下采样的方法 技术领域
本发明涉及视频处理方法， 更具体地说， 涉及一种图像视频下采样方法。 背景技术
随着信息化时代的到来， 数字化成为其中的主角， 可以说信息化的实现是 以信息化为前提的。 从计算机， 互联网， 数码相机， 到数字电视无一例外的在 演绎着这场数字化风暴。但不管是数字电视，还是计算机都在利用数字化的视 频声音与图像等多媒体因素来冲击人们的感官神经。数字图像的处理便成了其 中的不可或缺的技术， 数字电视接收各种图像信号， 包括标清信号， 高清信号 等，最终把这些不同分辨率的视频信号转化为适合播放器分辨率的视频信号进 行播放。 因此， 数字图像分辨率放大和缩小技术是所有数字显示设备的关键技 术之一。 目前在视频图像下采样的主流算法，大多是采用一个固定的模板将原图像 上的若干个像素加权求出对应下采样后图像的一个像素。但是存在以下两种问 题： 一、原图像中多少个像素对应缩小后的图像中的一个像素呢？ 按照已有的 算法，下采样模板的大小决定原图像上多少个像素对应下采样原图像上一个像 素。例如采用 3x3模板，相当于原图像上 9个像素对应下采样图像上 1个像素。 这种算法的存在以下缺陷：设想 256x256—— >255x255的下采样运算，若采用 3x3的模板， 会使图像变得模糊； 同理， 在 2048x2048—— >256x256的下采样 运算中，无论模板选取多好的 3x3模板，也无法将模拟 8x8区域内的信息情况。
二、 原图像中的某一些像素， 在下采样过程中很可能处于某两个像素"中 间"的区域， 即原图像上某些像素同时属于下采样图像中的几个像素点。举个 一围数字信号的简单的例子： 设有数据信号 [xl， x2， x3 , x4]， 要求对该数 字信号作 4一>3的下采样,取得新的信号 [yl,y2， y3], 以空间上的划分来说， yl 包含了 xl的全部和 x2的一部分信息， y2包含了 x2和 x3的大部分信息， y3 包含了 x3的少量信息和 x4的全部信息。 在这个例子里， x2同时存在于下采 样信号 yl、 y2中， x3同时存在于 y2、 y3中。 在传统的算法里， 下采样信号 按照原有信号的空间分布被这样划分：
2 2
y2 = (χ2 χ - + χ3 χ -) y3 = (χ3 χ + ) 但这种划分方法是存在缺陷的， yl包含了 xl的全部和 χ2左边小部分信号， 包含在 yl的小 x2部分信号更接近于 xl， 而包含在 y2中的右半部分 x2应该 更接近于 x3。 原始算法这种将每个数字信号 "平均化" 的思路， 一定程度上 不利于原始信号的保持。 以上的两种不足， 是使得图像的下采样效果变得模糊的主要因素。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，利用像素的变化规律，来有效提高图像下 采样的效果。
本发明提供一种样条放大与自适应模版结合的图像下采样的方法:包括下 列步骤：
S10: 根据原图像的分辨率与目标下采样的图像分辨率， 确定对原图像
的上采样比例系数， 上采样比例系数为整数，根据上采样比例系数对图像进行 上采样运算，得到新的上采样图像，新的上采样图像分辨率为目标下采样的图 像分辨率的整数倍；
S20: 对新的上采样图像上的像素按照自适应下采样模版进行下采样运 算， 得到目标下采样图像。
进一步地，所述步骤 S10具体如下： 设原始图像 A的大小的分辨率为 M x
N， 目标下采样图像 A2大小的分辨率为 m x n， 上采样比例系数！^、 1计算方 法为：
k = int(M/m)+i， 1 = int(N/n)+j， 其中 i,j = 1,2,3".. 对原图做 M x N进行上采样运算， 得到新的上采样图像 A1 , 新的上采样 图像大小的分辨率为 (k*m) X (l*n)， 其中： k、 1分别为长与宽的上采样比例系数， int()为取整函数。 所述步骤 S20具体如下：根据 k、 1的取值，从杨辉三角上面选择系数 Ck、
Cl， 得到自适应下采样模版 ClT*Ck。 实施本发明的视频压缩方法，具有以下有益效果：提出的样条放大与自适 应模版结合的图像下采样算法，首先通过精确度较高的上采样样条插值模拟原 图像中每个像素按照周围变化规律的划分，然后根据这些划分好的区域，采用 自适应的模板对图像进行整数倍的下采样运算。这种算法比传统的下采样算法 更科学的利用了像素的变化规律， 能有效提高图像下采样的效果。 附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明， 附图中：
图 1是本发明方法的流程示意图；
图 2是 （a) - (d)示出了对一段模拟信号进行量化、 样条插值以及上采样 的示意图。
具体实施方式
如图 1所示为本发明方法的流程示意图，本发明提供一种样条放大与自适 应模版结合的图像下采样的方法： 包括下列步骤：
S101 : 根据原图像的分辨率与目标下采样的图像分辨率， 确定对原图像的 上采样比例系数， 上采样比例系数为整数，根据上采样比例系数对图像进行上 采样运算，得到新的上采样图像，新的上采样图像分辨率为目标下采样的图像 分辨率的整数倍； 设原始图像 A的大小的分辨率为 Μ χ Ν, 目标下采样图像 Α2大小的分辨率为 m x n， 上采样比例系数！^、 1计算方法为： k = int(M/m)+i， 1 = int(N/n)+j， 其中 i,j = 1,2,3".. ( 1 ) 对原图做 M x N进行上采样运算， 得到新的上采样图像 A1 , 新的上采样 图像大小的分辨率为 (k*m) X (l*n)， 其中： k、 1分别为长与宽的上采样比例系数， int()为取整函数。
S102: 根据 k、 1的取值， 从杨辉三角上面选择系数 Ck、 Cl， 得到自适应 下采样模版 ClT*Ck， 对新的上采样图像 A1上的像素 (k*m) X (l*n)按照自适应 下采样模版进行下采样运算， 得到目标下采样图像 A2的图像大小为 m x n, 即上采样图像 A1中 k x l个像素对应下采样图像 A2中 1个像素， 通过下采样 模版 ClT*Ck来计算从上采样图像 A1中 k X 1个像素的像素值对应下采样图像 A2中 1个像素的像素值。
以下举例说明， 经过上述对原图像进行目标分辨率 k x l的整数倍的上采 样运算后， 新的上采样图像 A1上 k X 1个像素正好对应下采样图像 A2上 1个 像素， 如何将这 k X 1个像素值整合成 1个像素值的， 首先根据 k、 1的取值， 从杨辉三角 （如公式 2所示）上面选择系数 Ck、 Cl， 然后 ClT*Ck得到下采样 模版。
CI 1
C2 1 1
C3 1 2 1
C4 1 3 3 1 (2)
C5 1 4 6 4 1
C6 1 5 10 10 5 1
例如， 当 k = 5， 1 = 3时， 根据杨辉三角系数 （如公式 2
C5 = [14641], CI = [121]， 贝 lj自适应的 5x3下采样模版为：
1 4 6 4 1
cy *C5 [1 4 6 4 1]： 2 8 12 8 2
1 4 6 4 1
(3) k = 5， 1 = 3说明上采样后 3x5个点对应下采样目标图像上 1个点。 对于下采 样图 A2中的某个点 a(x,y)的值， 由上采样图像 A1 中对应 15个点通过模版 ClT*Ck得到：
a(x, y) = (A(X -2,Y -l)xl + Α(Χ -1,7-1)χ4 + Λ(Ζ,7-1)χ6 + Λ(Ζ +1,7-1)χ4 + Λ(Ζ +2,7-l)xl
+ Α(Χ-2,Υ)χ2 + Α(Χ -1,7)χ8 + Λ(Ζ,7)χ12 + Λ(Ζ+1,7)χ8 + Λ(Ζ + 2,7)χ2
+ Λ(Ζ-2,7 + 1)χ1 + Λ(Ζ-1,7 + 1)χ4 + Λ(Ζ,7 + 1)χ6 + Λ(Ζ+1,7 + 1)χ4 + Λ(Ζ+2,7 + 1)χ1)/64
，其中 Α(Χ,Υ)为点 a(x,y)在上采样图像 Α1中对应的中心坐标。 在下采样处理之中加入上采样运算的原因有是： 通过上采样运算， 根据图 像中的像素与相邻像素之间的关系，重新划分原始图像中的像素，使得新图像 的分辨率正好为下采样目标图像的整数倍， 有利于图像的下采样。
通过大量实例证明图像整数倍下采样的优势，在对比实验情况下，两个不 同分辨率下同一张的图像缩小到相同的分辨率效果比较，例如， ( a )240x 180
— >176x 144； ( b ) 352x288—>176xl44其中是整数倍的缩小， (a)为非整 数倍的缩小， （b)为非整数倍的缩小，的效果更为清晰，整数倍的图像下采样， 不存在原图像中某个像素同时属于下采样图像中的几个像素的情况，下采样图 像更为清晰， 效果更好。
由于整数倍的图像下采样实验结果较好，对于非整数倍的图像下采样，可 以通过图像的上采样插值， 将原始图像调整至目标分辨率的整数倍， 图 2 (a)
-(d)示出了对一段模拟信号进行量化、样条插值以及上采样的示意图， 图 2 (a) 展示了一段模拟信号， 而图 2 (b) 则是描述这段信号被采样量化成离散信号 的过程， 根据图 2 (b) 中离散信号的变化规律， 我们可以采用样条插值函数， 对信号进行上采样运算， 结果如图 2 (d) 所示。 以信号作 4至 3的下采样为 例， 先对图 2 (b) 先进行上采样运算得到图 2 (d)， 再对图 2 (d) 做下采样 运算， 就如同先对图 2 (b) 的信号按照规律划分， 如公式 4所示， 然后再对 划分好的信号作 12至 3的下采样运算， 如公式 5所示。
xl— >[xll,xl2,xl3]
x2— >[x21,x22,x23] (4) x3— >[x31,x32,x33]
x4— >[x41,x42,x43],
[Xll,xl2,xl3,x21,x22,x23,x31,x32,x33,x41,x42,x43] (5) — > [(xll+xl2+xl3+x21)/4, (x22+x23+x31+x32)/4, (x33+x41+x42+x43)/4]
这样处理优势在于， 该处理将 x2、 x3根据附近像素的变化规律， 划分成 不等的三个信号，然后将他们加入到下采样之中，提高了图像下采样的精确度。
由此可见， 在对图像做下采样之前， 先将图像进行上采样运算， 使得图像 放大到下采样目标分辨率的整数倍，有利于提高图像下采样的质量。其中上采 样运算的样条插值函数的精确度越高， 图像下采样质量就越好。
本发明方法的样条放大与自适应模版结合的图像下采样算法，首先通过精 确度较高的上采样样条插值模拟原图像中每个像素按照周围变化规律的划分， 然后根据这些划分好的区域，采用自适应的模板对图像进行整数倍的下采样运 算。这种算法比传统的下采样算法更科学的利用了像素的变化规律， 能有效提 高图像下采样的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例， 并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的 保护范围之内。
Claims
1、 一种样条放大与自适应模版结合的图像下采样的方法， 其特征在于， 包括下列步骤：
S 10 : 根据原图像的分辨率与目标下采样的图像分辨率， 确定对原图像 的上采样比例系数， 上采样比例系数为整数，根据上采样比例系数对原图像进 行上采样运算，得到新的上采样图像，新的上采样图像分辨率为目标下采样的 图像分辨率的整数倍；
S20: 对新的上采样图像上的像素按照自适应下采样模版进行下采样运 算， 得到目标下采样图像。
2、 根据权利要求 1 所述的样条放大与自适应模版结合的图像下采样的方 法， 其特征在于， 所述步骤 S10具体如下： 设原始图像 A的大小的分辨率为
Μ χ Ν, 目标下采样图像 Α2大小的分辨率为 m x n， 上采样比例系数 k、 1计 算方法为：
k = int(M/m)+i， 1 = int(N/n)+j， 其中 i,j = 1,2,3"..
对原图做 M x N进行上采样运算， 得到新的上采样图像 A1 , 新的上采样 图像大小的分辨率为 (k*m) X (l*n)， 其中： k、 1分别为长与宽的上采样比例系数， int()为取整函数。
3、 根据权利要求 2所述的样条放大与自适应模版结合的图像下采样的方 法方法， 其特征在于， 所述步骤 S20具体如下： 根据 k、 1的取值， 从杨辉三 角上面选择系数 Ck、 Cl， 得到自适应下采样模版 ClT*Ck。
4、 根据权利要求 3 所述的样条放大与自适应模版结合的图像下采样的方 法， 其特征在于， 所述 k = 5， 1 = 3时， 根据杨辉三角， 得到 Ck = C5 = [1 4 6 4 1], C1 = [1 2 1]， 则自适应的 5x3下采样模版为：
对于下采样图像 A2中的某个点 a(x,y)的值， 由新的上采样图像 A1中对应 15 个点通过模版 ClT*Ck得到：
a(x, y) = (A(X -2,Y -l)xl + Α(Χ -1,7-1)χ4 + Λ(Ζ,7-1)χ6 + Λ(Ζ +1,7-1)χ4 + Λ(Ζ +2,7-l)xl
+ Α(Χ-2,Υ)χ2 + Α(Χ -1,7)χ8 + Λ(Ζ,7)χ12 + Λ(Ζ+1,7)χ8 + Λ(Ζ + 2,7)χ2
+ Λ(Ζ-2,7 + 1)χ1 + Λ(Ζ-1,7 + 1)χ4 + Λ(Ζ,7 + 1)χ6 + Λ(Ζ+1,7 + 1)χ4 + Λ(Ζ+2,7 + 1)χ1)/64 其中 Α(Χ,Υ)为点 a(x,y)在新的上采样图像 A1对应的中心坐标。
5、 根据权利要求 3所述的样条放大与自适应模版结合的图像下采样的方 法， 其特征在于， 杨辉三角如下：
C1 1
C2 1 1
C3 2
C4 3 3
C5 4 6 4
C6 1 10 10
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