并行多相位圖像插值裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，涉及圖像縮放技術(shù)，特別涉及并行多相位圖像插值裝 置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在數(shù)字電視，平板，或電腦顯示中，經(jīng)常需要改變圖像的分辨率。例如在全高清數(shù) 字電視中，視頻輸入源可能是標(biāo)清，或高清，為了在全高清電視屏上進(jìn)行顯示，需要對(duì)圖像 進(jìn)行放大；多相位插值方法是常用的一種圖像縮放方法，其相比雙線性插值，雙三次插值 方法而言，在細(xì)節(jié)的保持上具有更好的性能，故而更廣泛地被工業(yè)界采用。
[0003] 二維圖像的插值可以分離為水平插值和垂直插值，例如要將720x480的圖像放大 到1920x1080,可以先將圖像垂直放大到720x1080,再將圖像水平放大到1920x1080 ;水平 插值和垂直插值的濾波器可以選用不同的階數(shù)，由于實(shí)現(xiàn)垂直數(shù)據(jù)緩沖需要在片上緩沖多 行像素，所以垂直插值的硬件成本要大于水平插值，往往在實(shí)際中在垂直方向上采用比水 平方向更短的插值濾波器；進(jìn)行二維圖像插值，采用固定水平8階，垂直6階的傳統(tǒng)電路結(jié) 構(gòu)圖如圖7-a)所示，傳統(tǒng)的二維圖像固定階數(shù)多相位插值電路中6階濾波器的電路設(shè)計(jì)如 圖7-b)所示，該插值電路為水平8階、垂直6階，8階濾波器的電路設(shè)計(jì)如圖7-c)所示，可 以看出，不同階數(shù)的濾波器具有不同的電路；在多相位插值中，不同階數(shù)的多相位濾波器往 往具有不同的性能，一般而言，階數(shù)越多的多相位濾波器其細(xì)節(jié)保持能力越好，但存在過(guò)沖 和振鈴的失真效應(yīng)，階數(shù)越少的多相位濾波器其細(xì)節(jié)保持能力不如階數(shù)大的濾波器，但在 過(guò)沖和振鈴的失真效應(yīng)方面優(yōu)于階數(shù)大的濾波器；對(duì)于具有不同特點(diǎn)的圖像，采用不同階 數(shù)的濾波器，往往比采用固定的單一濾波器具有更好的性能；例如在自然圖像中，采用階數(shù) 大的濾波器性能更好，在圖形中，采用階數(shù)少的濾波器性能更好。
[0004] 現(xiàn)有插值裝置由于適應(yīng)不同圖像類(lèi)型的濾波器階數(shù)不同，而不同階濾波器對(duì)應(yīng)不 同的結(jié)構(gòu)，為了自適應(yīng)的根據(jù)圖像特點(diǎn)選取不同濾波器，在傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中，需要同時(shí)包 含多種插值電路。這在硬件資源上，存在一定的浪費(fèi)。在芯片流片后，設(shè)計(jì)的芯片僅支持有 限的固定的插值階數(shù)，無(wú)法對(duì)濾波器階數(shù)進(jìn)行變更，如果算法有改動(dòng)，只能重新設(shè)計(jì)硬件并 流片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種并行多相位圖像插值裝置和方法，以解決現(xiàn)有插值裝置或方法針 對(duì)不同規(guī)格的圖像通用性差且需改變硬件電路的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種并行多相位圖像插值裝置，包括：
[0007] 局部存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)源圖像數(shù)據(jù)和行濾波器系數(shù)；
[0008] 第一訪存控制單元，用于獲取局部存儲(chǔ)器中的F行源圖像數(shù)據(jù)并緩存到源圖像數(shù) 據(jù)緩沖單元；
[0009] 第二訪存控制單元，用于獲取局部存儲(chǔ)器中的F個(gè)行濾波器系數(shù)并緩存到行濾波 器系數(shù)緩沖單元；
[0010] 源圖像數(shù)據(jù)緩沖單元，用于在第k時(shí)鐘周期內(nèi)分別向P個(gè)乘累加器輸入第f行源 圖像數(shù)據(jù)的P個(gè)像素；
[0011] 行濾波器系數(shù)緩沖單元，用于在第k時(shí)鐘周期內(nèi)向P個(gè)乘累加器廣播第f行源圖 像數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的第f?個(gè)行濾波器系數(shù)；
[0012] 乘累加器，用于在第k個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)根據(jù)所述第f個(gè)行濾波器系數(shù)對(duì)所述第f行 源圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行乘累加運(yùn)算得到中間結(jié)果；
[0013] 第三訪存控制單元，用于獲取所述中間結(jié)果并存儲(chǔ)到局部存儲(chǔ)器；
[0014] 狀態(tài)機(jī)，用于為所述第一訪存控制單元、第二訪存控制單元、第三訪存控制單元、 源圖像數(shù)據(jù)緩沖單元、插值濾波緩沖單元輸出控制信號(hào)；
[0015]其中，k 彡 1，F(xiàn) 彡 1，P>1，1 彡 f 彡 F。
[0016] 本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供一種并行多相位圖像插值方法，包括：
[0017] 第一訪存控制單元獲取局部存儲(chǔ)器中的F行源圖像數(shù)據(jù)并緩存到源圖像數(shù)據(jù)緩 沖單元；
[0018] 第二訪存控制單元獲取局部存儲(chǔ)器中的F個(gè)行濾波器系數(shù)并緩存到行濾波器系 數(shù)緩沖單元；
[0019] 所述源圖像數(shù)據(jù)緩沖單元在第k時(shí)鐘周期內(nèi)分別向P個(gè)乘累加器輸入第f行源圖 像數(shù)據(jù)的P個(gè)像素；
[0020] 所述行濾波器系數(shù)緩沖單元在第k時(shí)鐘周期內(nèi)向P個(gè)乘累加器廣播第f行源圖像 數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的第f?個(gè)行濾波器系數(shù)；
[0021] 所述乘累加器在第k個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)根據(jù)所述第f?個(gè)行濾波器系數(shù)對(duì)所述第f?行源 圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行乘累加運(yùn)算得到中間結(jié)果；
[0022] 第三訪存控制單元獲取所述中間結(jié)果并存儲(chǔ)到局部存儲(chǔ)器；
[0023] 判斷f+l< F是否成立，若成立則令f自加1并重復(fù)執(zhí)行所述對(duì)第f行的操作直 至f+l>F終止并得到第k個(gè)時(shí)鐘周期的中間結(jié)果作為插值結(jié)果；
[0024] 其中，k彡1，F(xiàn)彡1，1彡f彡F。
[0025] 本發(fā)明的有益效果為：
[0026] 本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置支持任意階的多相位濾波器，能在不改變硬件僅 需對(duì)硬件重新進(jìn)行配置的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)插值裝置的重構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同圖像數(shù)據(jù)的插值 縮放，也即實(shí)現(xiàn)了一種可重構(gòu)的并行多相位圖像插值裝置，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景需求。具 體來(lái)說(shuō)，首先、該裝置僅有一種電路結(jié)構(gòu)，可以支持任意階的插值濾波器，對(duì)于不同圖像可 以在不同的時(shí)刻復(fù)用同一個(gè)電路結(jié)構(gòu)；其次、該裝置可以在不改變硬件，僅修改配置的情 況，用于不同需求的應(yīng)用場(chǎng)景；最后、該裝置通過(guò)二維離散存儲(chǔ)器，可以零開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)圖像轉(zhuǎn) 置，從而水平插值和垂直插值電路可復(fù)用。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)框圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明基于邊緣檢測(cè)的圖像插值方法實(shí)施例一的流程圖；
[0029] 圖3為傳統(tǒng)的圖像垂直插值算法流程圖；
[0030] 圖4為傳統(tǒng)的圖像垂直插值算法中圖像插值坐標(biāo)計(jì)算符號(hào)的說(shuō)明圖；
[0031]圖5為本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置實(shí)施例一中優(yōu)化后的插值算法流程圖；
[0032] 圖6為本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置實(shí)施例一中更新表的計(jì)算流程圖；
[0033] 圖7_a)為傳統(tǒng)垂直6階插值濾波器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0034] 圖7_b)為傳統(tǒng)6階插值濾波器電路結(jié)構(gòu)；
[0035] 圖7-c)為傳統(tǒng)6階插值濾波器電路結(jié)構(gòu)；
[0036]圖8為本發(fā)明基于邊緣檢測(cè)的圖像插值方法實(shí)施例一中新的插值系數(shù)表計(jì)算流 程；
[0037]圖9_a)為源圖像像素示意圖；
[0038] 圖9_b)為插值后圖像像素示意圖；
[0039] 圖9-c)為插值數(shù)據(jù)處理順序示意圖；
[0040] 圖9_d)為源圖像數(shù)據(jù)的訪問(wèn)順序示意圖；
[0041] 圖10為各訪存控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖11為本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置實(shí)施例一中的數(shù)據(jù)緩沖結(jié)構(gòu)圖；
[0043] 圖12為本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置實(shí)施例一中的插值系數(shù)緩沖電路結(jié)構(gòu) 圖；
[0044] 圖13為本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置實(shí)施例一中的MAC陣列結(jié)構(gòu)圖；
[0045]圖14為本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置實(shí)施例一中的插值裝置部件連線圖；
[0046] 圖15為本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置實(shí)施例一中的狀態(tài)機(jī)FSM的電路結(jié)構(gòu) 圖；
[0047] 圖16為本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置實(shí)施例一中的基本控制時(shí)序產(chǎn)生單元產(chǎn) 生的輸出信號(hào)時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]圖1為本發(fā)明并行多相位圖像插值裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，本發(fā)明 并行多相位圖像插值裝置，包括：
[0049] 局部存儲(chǔ)器3,用于存儲(chǔ)源圖像數(shù)據(jù)和行濾波器系數(shù)；
[0050] 第一訪存控制單元0,用于獲取局部存儲(chǔ)器中的F行源圖像數(shù)據(jù)并緩存到源圖像 數(shù)據(jù)緩沖單元；
[0051] 第二訪存控制單元1，用于獲取局部存儲(chǔ)器中的F個(gè)行濾波器系數(shù)并緩存到行濾 波器系數(shù)緩沖單元；
[0052] 源圖像數(shù)據(jù)緩沖單元4,用于在第k時(shí)鐘周期內(nèi)分別向P個(gè)乘累加器輸入第f行源 圖像數(shù)據(jù)的P