專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)視頻圖像非線性縮放的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻圖像處理系統(tǒng)及方法，特別的涉及一種對(duì)視頻圖像進(jìn)行縮放處理的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖像縮放是視頻或圖像顯示系統(tǒng)中常用的一種技術(shù)，由于顯示設(shè)備的分辨率和輸入原圖像的分辨率不同，因此需要對(duì)原始圖像放大或者縮小來(lái)適應(yīng)輸出顯示設(shè)備。當(dāng)圖像的長(zhǎng)寬按等比例縮放時(shí)，效果是最好的，比如把640X480分辨率的圖像放大到1024X768， 圖像長(zhǎng)寬等比例放大1.6倍。但是常常出現(xiàn)顯示設(shè)備的長(zhǎng)寬比例與輸入圖像長(zhǎng)寬比例不同的情況，比如目前電影屏幕和許多大屏電視采用16:9的顯示格式，而傳統(tǒng)的電腦或者電視圖像為4:3的格式，當(dāng)要把4:3的圖像放到16:9的顯示設(shè)備上滿屏顯示時(shí)，由于不能長(zhǎng)寬等比例縮放，就會(huì)出現(xiàn)圖像景物被上下壓扁的感覺(jué)，影響觀看舒適度，如圖Ia所示。目前解決該問(wèn)題的方法一般式給圖像水平補(bǔ)黑邊或水平非線性縮放。補(bǔ)黑邊效果如圖Ib所示，圖像不能滿屏；非線性縮放比較適合滿屏顯示，如圖Ic所示。在圖像的邊緣部分采用比較大的放大比例，而在圖像的中央?yún)^(qū)域采用比較小的放大比例，由于圖像的主體一般位于中間部分，因此用非線性縮放觀看圖像的時(shí)候，不至于有太大的不舒適感。相反的，將16:9的圖像顯示在4:3的顯示設(shè)備上，也需要用到非線性縮放技術(shù)?，F(xiàn)有的技術(shù)方案中將圖像分成3個(gè)區(qū)域，分別是中間/左/右區(qū)域，對(duì)每一區(qū)域采用不同的二次曲線來(lái)控制圖像的縮放比例，如圖2。以4:3的圖像放大到16:9為例，設(shè)輸入圖像分辨率為H_inXV_in，顯示設(shè)備分辨率為H_0utXV_0ut，則水平方向上需要放大的倍數(shù)為H_ratio = H_out/H_in(1)假設(shè)原圖中間區(qū)域長(zhǎng)度為C_len，該區(qū)域放大倍數(shù)為c_ratio，則c_ratio應(yīng)該小于!1_1~站10，同樣，假設(shè)原圖左右區(qū)域的長(zhǎng)度均為s_leh，放大倍數(shù)為s_rati0，s_rati0應(yīng)該大于H_rati0。整幅圖像的放大比例為一個(gè)二次曲線，使得從中間到兩側(cè)是平滑過(guò)渡。該方法雖能達(dá)到非線性縮放的效果，但實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，而且在塊與塊交接處，需要二次曲線能無(wú)縫連接，不易于控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)圖像的非線性縮放，實(shí)現(xiàn)圖像各個(gè)區(qū)域縮放的平滑過(guò)渡。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種采用余弦函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)非線性縮放的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括余弦函數(shù)產(chǎn)生器、步長(zhǎng)計(jì)算模塊、步長(zhǎng)累加器、插值器，其中輸入余弦函數(shù)幅度值至余弦函數(shù)產(chǎn)生器，得到的輸出和線性步長(zhǎng)一起輸入至步長(zhǎng)計(jì)算單元，得到非線性步長(zhǎng)， 非線性步長(zhǎng)輸入至步長(zhǎng)累加器，得到插值點(diǎn)位置信息輸入至插值器，原像素點(diǎn)也輸入至插值器，根據(jù)選擇的插值算法輸出插值得到的像素點(diǎn)值。所述插值器中選擇的插值算法可為所有以步長(zhǎng)確定插值點(diǎn)的插值算法中的任意一種。 本發(fā)明還提出了一種采用所述非線性縮放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的非線性縮放的方法，該方法包括如下步驟步驟S401 根據(jù)輸入的線性步長(zhǎng)和余弦幅度，通過(guò)余弦函數(shù)產(chǎn)生器生成余弦函數(shù)；步驟S402 在步長(zhǎng)計(jì)算單元中，將得到的余弦函數(shù)疊加至線性步長(zhǎng)，得到非線性步長(zhǎng)；步驟S403 在步長(zhǎng)累加器中，將非線性步長(zhǎng)進(jìn)行累加，得到各個(gè)插值點(diǎn)對(duì)應(yīng)原始像素點(diǎn)的位置；步驟S404 根據(jù)插值算法和插值點(diǎn)位置信息得到插值系數(shù)和參與插值的原始像素點(diǎn)，進(jìn)行插值計(jì)算，得到插值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素值輸出。所述步驟S401中產(chǎn)生的余弦函數(shù)為C (m) = Acos (2 π · m/M)，其中，A為余弦幅度，M為輸出點(diǎn)數(shù)，m為當(dāng)前待插值點(diǎn)，且m的取值范圍為0至M-I 的自然數(shù)。所述非線性步長(zhǎng)的計(jì)算公式為NLP = Acos (2 π · m/M) +LP,其中，NLP為非線性步長(zhǎng)，LP為線性步長(zhǎng)。所述的線性步長(zhǎng)LP的計(jì)算方法為當(dāng)采用線性縮放時(shí)，插值點(diǎn)之間的步長(zhǎng)。所述余弦幅度A可通過(guò)寄存器配置，且可配置的大小范圍為負(fù)的線性步長(zhǎng)至正的線性步長(zhǎng)。所述步驟S403中各個(gè)插值點(diǎn)的具體得到方法為非線性步長(zhǎng)每累加一次，得到一個(gè)插值點(diǎn)。步驟S404中所述插值算法可為所有以步長(zhǎng)確定插值點(diǎn)的插值算法中的任意一種。本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在本發(fā)明利用余弦曲線的特點(diǎn)，擬合非線性縮放的曲線， 很好地實(shí)現(xiàn)了圖像的非線性縮放，使縮放的各個(gè)區(qū)域過(guò)渡平滑，且實(shí)現(xiàn)的方法較簡(jiǎn)單，適用于各種圖像縮放算法，如線性插值方法、立方插值方法等。


圖Ia是4:3圖像在16:9顯示設(shè)備顯示時(shí)，水平方向線性放大的示意圖；圖Ib是4:3圖像在16:9顯示設(shè)備顯示時(shí)，水平方向補(bǔ)黑邊的示意圖；圖Ic是4:3圖像在16:9顯示設(shè)備顯示時(shí)，水平方向非線性放大的示意圖；圖2是余弦曲線一個(gè)周期的示意圖；圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中視頻圖像非線性縮放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中采用非線性縮放系統(tǒng)的非線性縮放方法的流程圖；圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中將非線性縮放算法應(yīng)用于線性插值放大時(shí)的插值點(diǎn)位置示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示為余弦函數(shù)的特性曲線C(t)，設(shè)A為余弦曲線的幅度，B為余弦函數(shù)的偏置，即平均值。C(t) = Acos (2 π ‘ t/T)+B (1)本具體實(shí)施方式
中，利用余弦函數(shù)與本發(fā)明需要實(shí)現(xiàn)的非線性縮放相 似的特性， 將余弦函數(shù)疊加至線性縮放的步長(zhǎng)，得到非線性縮放的步長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)圖像的非線性縮放。 如圖3所示為本具體實(shí)施方式
所述視頻圖像非線性縮放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該縮放系統(tǒng)包括余弦函數(shù)產(chǎn)生器301、步長(zhǎng)計(jì)算模塊302、步長(zhǎng)累加器303、插值器304，其中輸入設(shè)置的余弦函數(shù)幅度值A(chǔ)至余弦函數(shù)產(chǎn)生器301，得到的輸出和線性步長(zhǎng)LP —起輸入至步長(zhǎng)計(jì)算單元 302得到非線性縮放所需的非線性步長(zhǎng)NLP，非線性步長(zhǎng)NLP輸入至步長(zhǎng)累加器303，得到插值點(diǎn)位置信息輸入至插值器304，插值器304根據(jù)采用的插值算法和步長(zhǎng)累加器303中得到的插值點(diǎn)位置信息，得到參與當(dāng)前點(diǎn)插值所需要的原像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)及選點(diǎn)等信息和插值系數(shù)，與輸入至插值器的原始像素點(diǎn)，輸出插值得到的點(diǎn)。本具體實(shí)施方式
可適用于所有縮放算法，如線性插值、雙立方插值等，對(duì)不同的縮放算法，所述余弦函數(shù)產(chǎn)生器301、步長(zhǎng)計(jì)算單元302、步長(zhǎng)累加器303均相同，只是插值器 304中的插值選點(diǎn)、插值系數(shù)不同，且插值計(jì)算方法也不相同。本具體實(shí)施方式
以線性插值為例對(duì)本發(fā)明非線性縮放方法及系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。線性插值的插值算法與現(xiàn)有技術(shù)中相同，當(dāng)P點(diǎn)位于xl點(diǎn)和x2點(diǎn)之間時(shí)，P點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素值為xl和χ2對(duì)應(yīng)的像素值分別乘以相應(yīng)的插值系數(shù)后相加得到。且線性插值中參與插值的像素點(diǎn)是插值點(diǎn)所在位置左右的兩個(gè)原始像素點(diǎn)，而插值點(diǎn)的位置取決于插值的步長(zhǎng)。當(dāng)線性縮放時(shí)，步長(zhǎng)由縮放比例決定；當(dāng)非線性縮放時(shí)，以下以縮放比例為4:3的圖像放大到16:9，且僅以水平方向?yàn)槔M(jìn)行具體說(shuō)明，則水平方向的放大比例為H_ratio = H_out/H_in (2)其中，H_ratio為水平方向放大比例，M為水平方向輸出點(diǎn)數(shù)，m為當(dāng)前待插值點(diǎn)。 則線性步長(zhǎng)為L(zhǎng)P = H_in/H_0ut，則如圖4所示，本具體實(shí)施方式
所述非線性縮放的實(shí)現(xiàn)步驟具體如下步驟S401 根據(jù)輸入的線性步長(zhǎng)和余弦幅度，通過(guò)余弦函數(shù)產(chǎn)生器301生成余弦函數(shù)，其中，余弦幅度記為A，可通過(guò)寄存器配置，且可配置的大小范圍為(-LP，+LP)，即負(fù)的線性步長(zhǎng)至正的線性步長(zhǎng)。當(dāng)余弦幅度為負(fù)時(shí)，則圖像水平方向中間區(qū)域的縮放比例較大；反之，則中間區(qū)域的縮放比例較邊緣區(qū)域小。如公式(3)為得到的余弦函數(shù)C(m) = Acos (2 π ‘ m/M)(3)其中，m的取值為0至M-I的自然數(shù)。步驟S402 在步長(zhǎng)計(jì)算單元302中，將得到的公式(3)所述的余弦函數(shù)疊加至線性步長(zhǎng)LP，得到非線性步長(zhǎng)NLP，如公式(4)所示NLP = Acos (2 π · m/M) +LP(4)步驟S403 在步長(zhǎng)累加器303中，將非線性步長(zhǎng)進(jìn)行累加，得到各個(gè)插值點(diǎn)對(duì)應(yīng)原始像素點(diǎn)的位置。
如圖5所示為輸入輸出點(diǎn)數(shù)比為6:8時(shí)非線性縮放的一個(gè)示意圖，輸入6個(gè)原始像素點(diǎn)，插值后得到8個(gè)點(diǎn)，步長(zhǎng)每累加一次，得到一個(gè)插值點(diǎn)。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于本具體實(shí)施方式
圖5中所示的縮放比例，圖5僅僅是一種非線性步長(zhǎng)累加的示意圖。 步驟S404 根據(jù)插值算法和插值點(diǎn)位置信息得到插值系數(shù)和參與插值的原始像素點(diǎn)，進(jìn)行插值計(jì)算，得到插值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素值輸出。本具體實(shí)施方式
以線性插值為例，則根據(jù)步驟S403中得到的插值點(diǎn)對(duì)應(yīng)原始像素點(diǎn)的位置，得到參與插值的點(diǎn)為插值點(diǎn)左右的兩個(gè)原始像素值，插值系數(shù)也由插值算法決定；從而插值計(jì)算采用參與插值計(jì)算的像素點(diǎn)值與插值系數(shù)加權(quán)得到插值點(diǎn)的像素值。值得注意的是，本發(fā)明的非線性縮放方法不局限于線性插值，當(dāng)采用其它插值算法時(shí)，則步長(zhǎng)累加得到插值點(diǎn)后，步驟S404中則根據(jù)不同的插值算法，得到不同的參與插值的原始像素點(diǎn)及插值系數(shù)，同時(shí)按照不同的插值方法在步驟S404中得到插值點(diǎn)的像素值輸出。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)視頻圖像非線性縮放的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括余弦函數(shù)產(chǎn)生器、步長(zhǎng)計(jì)算模塊、步長(zhǎng)累加器、插值器，其中輸入余弦函數(shù)幅度值至余弦函數(shù)產(chǎn)生器，得到的輸出和線性步長(zhǎng)一起輸入至步長(zhǎng)計(jì)算單元，得到非線性步長(zhǎng)，非線性步長(zhǎng)輸入至步長(zhǎng)累加器， 得到插值點(diǎn)位置信息輸入至插值器，原像素點(diǎn)也輸入至插值器，根據(jù)選擇的插值算法輸出插值得到的像素點(diǎn)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)視頻圖像非線性縮放的系統(tǒng)，其特征在于，所述插值器中選擇的插值算法可為所有以步長(zhǎng)確定插值點(diǎn)的插值算法中的任意一種。
3.一種采用如權(quán)利要求1所述非線性縮放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的非線性縮放方法，其特征在于， 該方法包括如下步驟步驟S401 根據(jù)輸入的線性步長(zhǎng)和余弦幅度，通過(guò)余弦函數(shù)產(chǎn)生器生成余弦函數(shù)；步驟S402 在步長(zhǎng)計(jì)算單元中，將得到的余弦函數(shù)疊加至線性步長(zhǎng)，得到非線性步長(zhǎng)；步驟S403 在步長(zhǎng)累加器中，將非線性步長(zhǎng)進(jìn)行累加，得到各個(gè)插值點(diǎn)對(duì)應(yīng)原始像素點(diǎn)的位置；步驟S404 根據(jù)插值算法和插值點(diǎn)位置信息得到插值系數(shù)和參與插值的原始像素點(diǎn)， 進(jìn)行插值計(jì) 算，得到插值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素值輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非線性縮放方法，其特征在于，所述步驟S401中產(chǎn)生的余弦函數(shù)為C(m) = Acos (2 π · m/M)，其中，A為余弦幅度，M為輸出點(diǎn)數(shù)，m為當(dāng)前待插值點(diǎn)，且m的取值范圍為O至M-I的自然數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非線性縮放方法，其特征在于，所述非線性步長(zhǎng)的計(jì)算公式為NLP = Acos (2 π ‘ m/M) +LP,其中，NLP為非線性步長(zhǎng)，LP為線性步長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非線性縮放方法，其特征在于，所述線性步長(zhǎng)LP的計(jì)算方法為當(dāng)采用線性縮放時(shí)，插值點(diǎn)之間的步長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的非線性縮放方法，其特征在于，所述余弦幅度A可通過(guò)寄存器配置，且可配置的大小范圍為負(fù)的線性步長(zhǎng)至正的線性步長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非線性縮放方法，其特征在于，所述步驟S403中各個(gè)插值點(diǎn)的具體得到方法為非線性步長(zhǎng)每累加一次，得到一個(gè)插值點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非線性縮放方法，其特征在于，步驟S404中所述插值算法可為所有以步長(zhǎng)確定插值點(diǎn)的插值算法中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公告了一種實(shí)現(xiàn)視頻圖像非線性縮放的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括余弦函數(shù)產(chǎn)生器、步長(zhǎng)計(jì)算模塊、步長(zhǎng)累加器、插值器，其中輸入余弦函數(shù)幅度值至余弦函數(shù)產(chǎn)生器，得到的輸出和線性步長(zhǎng)一起輸入至步長(zhǎng)計(jì)算單元，得到非線性步長(zhǎng)，非線性步長(zhǎng)輸入至步長(zhǎng)累加器，得到插值點(diǎn)位置信息輸入至插值器，原像素點(diǎn)也輸入至插值器，根據(jù)選擇的插值算法輸出插值得到的像素點(diǎn)值。本發(fā)明還公開(kāi)了一種采用所述非線性縮放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的非線性縮放方法，該系統(tǒng)及方法利用余弦曲線的特點(diǎn)，擬合非線性縮放的曲線，很好地實(shí)現(xiàn)了圖像的非線性縮放，且縮放的各個(gè)區(qū)域過(guò)渡平滑。
文檔編號(hào)H04N5/14GK102170518SQ20101011629
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者嚴(yán)衛(wèi)健, 李琛, 林曉偉, 石嶺 申請(qǐng)人:深圳艾科創(chuàng)新微電子有限公司