一種縮小圖像的數字濾波方法和裝置的製作方法
2023-09-15 19:34:20
專利名稱：一種縮小圖像的數字濾波方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及圖像處理技術領域，尤指一種縮小圖像的數字濾波方法和裝置。
背景技術：
在視頻監控和視頻會議等應用中，經常會出現由於顯示終端的不同，需 要進行圖像解析度變換的處理，其中很重要的一類處理就是將輸入圖像的分 辨率縮小，從而使得整個圖像縮小，然後將多個縮小後的圖像拼接在一個畫
面中顯示。為了完成圖像的縮小，比較常見的方式有兩種 一種是基於軟體 的方式來完成，另一種是基於硬體結構完成。
基於軟體的圖像縮小技術比較靈活，且可以採用複雜的算法，包括濾波 算法，邊界搜索、然後進行羽化處理的算法等。這些算法所得到的圖像質量 比較高，但缺點是帶寬比較小，在濾波處理比較複雜的情況下，數位訊號處 理(DSP)的次數成倍增加，處理速度慢。
基於硬體架構的圖像縮小技術的最大優點是速度快，但其缺點是算法實 現比較單一，且需要耗費即現場可編程門陣列(FPGA， Field - Programmable Gate Array)內部的寶貴存儲資源。圖1是現有技術中實現圖像縮小處理的 FIR濾波器的結構示意圖。在圖1中以4階有限衝激響應(FIR, Finite Impulse Response)濾波器為例進行說明，參見圖4,緩沖LBUF0 LBUF3為4行原始 圖像數據的緩存空間，K0和K1是受控的邏輯開關，其中KO負責濾波的起 止的控制，Kl負責在適當的時刻輸出濾波結果。在圖1中，4階FIR濾波 器實現圖像縮小的具體方案為當K0閉合時4個緩沖(LBUF0 LBUF3 ) 中的數據分別被加權然後求和，從而使得4行數據變為一行數據，以達到垂直方向的縮小處理，然後由Kl選擇性地輸出垂直濾波所得到的一行數據中 的部分數據，比如從垂直濾波所得到的一行數據中的每3個數據中選擇一個 輸出，而丟棄其餘的兩個數據，以達到水平方向的縮小處理。其中，係數控 制模塊根據當前的濾波情況加載不同的係數，負責對當前輸入的分量進行不 同的加權。不同的加權矩陣得到的圖像效果是不同的，對不同的係數，硬體 實現上也會有些差異，但是從控制層面來看，實現方式是一致的。
但是，在圖1所示的採用硬體架構實現圖像縮小的方案中，需要4個行 緩沖單元，並且所需行緩衝單元的個數隨著F1R濾波器的階數的增加而增 加，即現有的採用硬體架構實現圖像縮小的方案，需要耗費大量的存儲介質。
發明內容
本發明提供了一種縮小圖像的數字濾波方法，該方法在實現圖像縮小時
不需要耗費大量的存儲介質。
本發明還提供了 一種縮小圖像的數字濾波裝置，該裝置在實現圖像縮小
時不需要耗費大量的存儲介質。
本發明還提供了兩種種縮小圖像的數字濾波系統，該系統在實現圖像縮
小時不需要耗費大量的存儲介質。
為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的
本發明公開了 一種縮小圖像的數字濾波方法，該方法包括
根據源圖像和目標圖像的水平寬度，將當前源圖像數據中的第 一行數據
進行水平濾波處理，並將水平濾波後的結果數據保存到緩存單元中；
根據源圖像和目標圖像的水平寬度，對當前源圖像數據中的下 一行數據
進行水平濾波處理，並將水平濾波後的結果數據與所述緩存單元中的數據一
一對應相加，用相加後的結果數據覆蓋所述緩存單元中的原有數據；如此直
至當前源圖像數據的最後 一行；
輸出所述緩存單元中的數據作為當前源圖像數據的目標圖像數據。 本發明公開了 一種縮小圖像的數字濾波裝置，該裝置包括水平濾波單元，用於根據源圖像和目標圖像的水平寬度，將當前源圖像 數據中的每一行數據進行水平濾波處理後，輸出水平濾波後的結果數據；
垂直求和單元，用於在接收到水平濾波單元輸出的一個水平濾波結果數 據時，判斷該水平濾波結果數據是否對應於當前源圖像數據中的第 一行數 據，是則直接將所接收的數據輸出至緩存單元的輸入端，否則從緩存單元的 輸出端獲取一個數據與所接收的數據進行相加，然後將相加結果輸出至緩存
單元的IIT入端；
緩存單元，用於接收並存儲來自垂直求和單元的數據，並所述垂直求和 單元需要獲取數據時，以先入先出的原則向垂直求和單元輸出所存儲的數 據；用於在接收並存儲完對應於所述當前源圖像數據中的最後一行的數據 時，將所存儲的數據作為當前源圖像數據的目標圖像數據輸出。
本發明公開了一種縮小圖像的數字濾波系統，該系統用於對N個源圖 像進行縮小處理，該系統包括N個水平濾波單元、與所述N個水平濾波單 元分別相連的N個垂直求和單元、緩存分配單元、緩存單元和輸出選擇單 元；所述N個垂直求和單元通過緩存分配單元與所述緩存單元相連，所述 輸出選擇單元與所述緩存單元的輸出端相連；N為大於1的自然數；
所述每個水平濾波單元，用於根據源圖像和目標圖像的水平寬度，將當 前源圖像數據中的每一行數據進行水平濾波處理後，輸出水平濾波後的結果 數據；
所述每個垂直求和單元，用於在接收到所連接的水平濾波單元輸出的一 個水平濾波結果數據時，判斷該水平濾波結果數據是否對應於當前源圖像數 據中的第一行數據，是則直接將所接收的數據輸出至緩存分配單元，否則從 緩存分配單元獲取一個數據與所接收的數據進行相加，然後將相加結果輸出 至緩存分配單元；
所述緩存分配單元，用於根據N個源圖像所各自對應的目標圖像的水 平寬度，為每個源圖像分配緩存單元中的存儲空間，並在接收到來自所述N 個垂直求和單元的數據時，將數據存儲到所分配的對應的存儲空間中，並在所述N個垂直求和單元需要獲取數據時，以先入先出的原則從所述對應的
存儲空間中讀取數據並輸出給垂直求和單元；
所述緩存單元，用於接收並存儲來自緩存分配單元的數據，並在所述緩 存分配單元需要獲取數據時，以先入先出的原則向緩存分配單元輸出所存儲
的數據；
所述輸出選擇單元，用於根據為每個源圖像所分配的緩存單元中的存儲 空間，從緩存單元中分別讀取對應於每個源圖像的目標圖像數據並輸出。
本發明還公開了一種縮小圖像的數字濾波系統，該系統包括依次相連 的調度單元、水平濾波單元、垂直求和單元、緩存分配單元、緩存單元和輸 出選擇單元；
所述調度單元，用於據預定的策略調度所述N個源圖像的數據，並輸 出給水平濾波單元；N為大於1的自然數
所述水平濾波單元，用於根據源圖像和目標圖像的水平寬度，將當前接 收到的源圖像數據中的每一行數據進行水平濾波處理後，輸出水平濾波後的 結果數據；
所述垂直求和單元，用於在接收到水平濾波單元輸出的一個水平濾波結 果數據時，判斷該水平濾波結果數據是否對應於當前源圖像數據中的第 一行 數據，是則直接將所接收的數據輸出至緩存分配單元，否則從緩存分配單元 獲取一個數據與所接收的數據進行相加，然後將相加結果輸出至緩存分配單 元；
所述緩存分配單元，用於根據所述N個源圖像所各自對應的目標圖像 的水平寬度，為每個源圖像分配緩存單元中的存儲空間，並在接收到來自所 述垂直求和單元的數據時，將數據存儲到其對應源圖像所分配的存儲空間 中，並在所述垂直求和單元需要獲取數據時，以先入先出的原則從所述分配 的存儲空間中讀取數據並輸出給垂直求和單元；
所述緩存單元，用於接收並存儲來自緩存分配單元的數據，並在所述緩 存分配單元需要獲取數據時，以先入先出的原則向緩存分配單元輸出所存儲的數據；
所述輸出選擇單元，用於根據為每個源圖像所分配的緩存單元中的存儲 空間，從緩存單元中分別讀取對應於每個源圖像的目標圖像數據並輸出。
由上述技術方案可見，本發明這種先對源圖像數據做水平濾波處理，後 做垂直濾波處理，並在垂直濾波處理過程中只緩存行間累積和的方案，使得 只需要緩存一行源圖像數據的目標圖像數據。這種方案相對於現有技術中的 需要緩存多行源圖像數據的方案，大大節省了緩存空間。
圖1是現有技術中實現圖像縮小處理的FIR濾波器的結構示意圖； 圖2是本發明實施例一種縮小圖像的數字濾波裝置的組成結構框圖； 圖3是本發明一種縮小多個源圖像的數字濾波系統的第一實施例結構 框圖4是本發明一種縮小多個源圖像的數字濾波系統的第二實施例結構 框圖。
具體實施例方式
本發明的核心思想是根據源圖像和目標圖像的垂直寬度，將源圖像數 據在垂直方向上進行分組，則對於源圖像數據中的每一組當前源圖像數據執 行以下步驟根據源圓像和目標圖像的水平寬度，將當前源圖像數據中的第 一行數據進行水平濾波處理，並將水平濾波後的結果數據保存到緩存單元 中；根據源圖像和目標圖像的水平寬度，對當前源圖像數據中的下一行數據 進行水平濾波處理，並將水平濾波後的結果數據與所述緩存單元中的數據一 一對應相加，用相加後的結果數據覆蓋所述緩存單元中的原有數據；如此直 至當前源圖像數據的最後 一行；輸出所述緩存單元中的數據作為當前源圖像 數據的目標圖像數據。
上述方案中先對先對源圖像數據做水平濾波處理，後做垂直濾波處理，並在垂直濾波處理過程中只緩存行間累積，因此只需要緩存一行源圖像數據 的目標圖像數據。這種方案相對於現有技術中的需要緩存多行源圖像數據的 方案，大大節省了緩存空間。
為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉 實施例，對本發明進一步詳細說明。
圖2是本發明實施例 一種縮小圖像的數字濾波裝置的組成結構框圖。如
圖2所示，該數字濾波裝置包括水平濾波單元201、垂直求和單元202、 緩存單元203和歸一化處理單元204,其中
水平濾波單元201，用於根據源圖像和目標圖像的水平寬度，將當前源 圖像數據中的每一行數據進行水平濾波處理後，輸出水平濾波後的結果數 據；其中，所述當前源圖像數據是根據源圖像和目標圖像的垂直寬度，將源 圖像數據在垂直方向上進行分組後的其中任意一組源圖像數據。
歸一化處理單元204，用於對水平濾波單元201輸出的數據進行歸一化 處理後再輸出至垂直求和單元202。這裡是考慮到要保證最終的輸出不會產 生溢出而設置的歸一化處理單元204，如果不考慮這一點或者實際的硬體設 計不會產生溢出的情況，則可不用設置歸一化處理單元204，此時，水平濾 波單元201直接將數據輸出至垂直求和單元202。
垂直求和單元202，用於在接收到歸一化處理單元204輸出的一個歸一 化的水平濾波結果數據時，判斷該水平濾波結果數據是否對應於當前源圖像 數據中的第一行數據，是則直接將所接收的數據輸出至緩存單元203的輸入 端，否則從緩存單元'203的輸出端獲取一個數據與所接收的數據進行相加， 然後將相加結果輸出至緩存單元203的輸入端；
緩存單元203,用於接收並存儲來自垂直求和單元202的數據，並在所 述垂直求和單元202需要獲取數據時，以先入先出的原則向垂直求和單元反 饋輸出所存儲的數據；用於在接收並存儲完對應於所述當前源圖像數據中'的 最後一行的數據時，將所存儲的數據作為當前源圖像數據的目標圖像數據輸 出。在圖2中，水平濾波單元201具體包括M個寄存器205 (在圖2中用 D表示寄存器)、M個乘法器206 (在圖2中用包含乘以係數的橢圓表示乘 法器)和一個加法器207 (在圖2中用包含加號的方框表示加法器)；其中， M為自然數，且M的值由源圖像和目標圖像的水平寬度之間的比例關係確 定；在圖2所示的實施例中M取值為4。 4個寄存器依次串聯，且每個寄存 器205的輸出端通過開關KO分別與4個乘法器206的輸入端相連，4個乘 法器206的輸出端與加法器207的輸入端相連。當開關KO斷開時，4寄存 器205依次接收當前源圖像數據Y中的一行數據的4個數據，並分別進行 存儲；當開關KO閉合時，4個乘法器206分別接收自身所對應的寄存器205 輸出的數據，並乘上加權係數後輸出至加法器207;加法器207接收來自4 個乘法器的數據並進行相加後輸出。
在圖2中，水平濾波單元201進一步包括係數控制模塊208,用於根 據寄存器205中所存儲的數據，以一定的策略向各乘法器206分別輸出相應 的加權係數Cij。這裡可以根據當前的濾波情況加載不同的加權矩陣，不同 的加權矩陣所得到的目標圖像的效果不同，但本實施例中不關心加載什麼樣 的加權矩陣，只是係數控制模塊根據當前寄存器205中的數據向各乘法器 206輸出加權矩陣中的對應的加權係數即可，這部分屬於現有技術。
下面舉一個具體的例子對圖2所示的數字濾波裝置進行說明。設源圖像 數據是一個8x8的數據矩陣[As8],目標圖像數據是一個2x2的數據矩陣 [E22]。則根據本發明的技術方案，首先需要根據源圖像的垂直寬度和目標圖 像的垂直寬度，將源圖像數據在垂直方向上進行分組，而將源圖像數據在垂 直方向上進行分組的.基本原則是，使最終的分組個數等於目標圖像數據的行 數。由於本實施例中源圖像與目標圖像的垂直寬度比值為4,則將源圖像數 據在垂直方向以4行為 一組進行分組可得到2組源圖像數據，即0-3行為第 一組、4-7行為第二組，對於每一組源圖像數據都執行一次濾波過程。對包 括0-3行的第 一組源圖像數據執行的濾波過程如下
1)當K0和K1打開時，第0行的前4個數據A0。、 A01、 Ao2和A。3被依次輸入到圖2中的寄存器205,這樣每個D中只存儲一個數據，係數控制模 塊208向乘法器206分別提供與A, Am、 Ao2和A^對應的係數；當KO 閉合時，A。0、 A(h、 Ao2和Ao3經過乘法器206的係數加權後到達加法器207， 加法器207經過加法處理後得到Boo,並輸出；歸一化處理單元對Boo進行 歸一化處理後輸出至垂直求和單元202,垂直求和單元判斷出當前的B。與 第 一組源圖像數據中的部分第 一行數據對應，則直接將B00輸出至緩存單元 203。這裡可以根據圖像數據中攜帶的行標識等信息判斷其屬於那一行，這 些是現有技術，這裡不做詳細說明。
2) KO打開時，第0行的後4個數據A04、 A05、 Ao6和A。7被依次輸入 到圖2中的寄存器205，係數控制模塊208向乘法器206分別提供與A04、 A05、 A。6和Ao7對應的係數；KO閉合時，A04、 A05、 A06和A07經過乘法器 206的係數加權後到達加法器207,加法器207經過加法處理後得到B。n並 輸出；歸一化處理單元對Bo,進^"歸一化處理後^"出至垂直求和單元202， 垂直求和單元判斷出當前的B01與第 一組源圖像數據中的第 一行數據對應， 則直接將B(m輸出至緩存單元203;此時緩存單元203中保存的內容為[Bo,,
3 ) KO打開時，第1行的前4個數據A1Q、 Au、 A,2和A,3被依次輸入 到圖2中的寄存器205,係數控制模塊208向乘法器206分別提供與Al0、 A 、 Au和八13對應的係數；KO閉合時，Al0、 Au、 A,2和A,3經過乘法器 206的係數加權後到達加法器207,加法器207經過加法處理後得到B,Q,並 輸出；歸一化處理單元對Bn)進行歸一化處理後輸出至垂直求和單元202， 垂直求和單元判斷出當前的Bk)與第 一組源圖像數據中的第二行數據對應， 則從緩存單元203中獲取Boo與B!o相加後得到Boo + Bn)輸出至緩存單元 203;此時緩存單元203中保存的內容為[B00 + B10, B01]。
4)K0打開時，第1行的後4個數據Am、 A15、 A,6和An被依次輸入到 圖2中的寄存器205，係數控制模塊208向乘法器206分別提供與Al4、 Al5、 八16和An對應的係數；KO閉合時，A14、 A15、 A16和A17經過乘法器206的係數加權後到達加法器207,加法器207經過加法處理後得到Bu並輸出； 歸一化處理單元對Bu進4亍歸一化處理後輸出至垂直求和單元202，垂直求 和單元判斷出當前的Bn與第一組源圖像數據中的第二行數據對應，則從緩 存單元203中獲取B(h與Bu相加後得到B( + 811輸出至緩存單元203;此 時緩存單元203中保存的內容為[B(n+ BU, B00 + B10]。
5) 同樣對第2行和第3行的數據執行與上述步驟3)和4)相同的操作， 則最終緩存單元中保存的內容為[B01 + B" + B2I + B31 ， B00 + B10 + B20 + B30]。 其中，B2o是第2行的前4個數據進行加權求和所得到的數據，821是第2行 的後4個數據進行加權求和所得到的數據，B;h)是第3行的前4個數據進行 加權求和所得到的數據，B^是第3行的後4個數據進行加權求和所得到的 數據。
6) Kl閉合，將緩存單元203中的保存的內容[B(m + Bu + B^ + B3p B00 + B10 + B20 + B3。]輸出作為第 一組源圖像數據的目標圖像數據。即對於目標 圖l象lt才居[E22]來^兌，E。0 = B。。 + B10 + B20 + B3。， E。,-B(n + Bu + Bu + B3,。
對包括4-7行的第二組源圖像數據執行與上述步驟1 )至步驟6)相同的濾 波過程可得到與第二組源圖像數據對應的目標圖像數據，即對於目標圖像數 據[E22]來說，得到Em和Eu的值，這裡不再複述。
通過上述實施例可以看出，在本發明的技術方案中，先做水平方向的濾 波，後做垂直方向的濾波，並在做垂直方向的濾波時只緩存行間累積和的方 案，大大節約了行緩存資源。例如以上述源圖像數據為8x8的矩陣，目標 圖像數據為2x2的矩陣時，根據圖1所示的現有技術方案需要4個長度為 8的行緩存單元，而本發明實施例中只需要一個長度為2的行緩存單元。
下面再舉一個具體的例子用於說明當源圖像的水平/垂直寬度是目標圖 像水平/垂直寬度的非整數倍時，圖2所示的數字濾波裝置如何工作。設源 圖像數據是一個8 x 8的數據矩陣[A^]，目標圖像數據是一個5 x 3的數據矩 陣[Es3]。根據本發明的技術方案，首先需要根據源圖像的垂直寬度和目標圖 像的垂直寬度，將源圖像數據在垂直方向上進行分組，使得最終的分組個數等於目標圖像數據的行數，則分組方案包括但不限於以下幾種{
， [2、
3] ， [4、 5] ， [6] ， [7]}， {
, [1〗，[2、 3] , [4、 5] ， [6、 7〗} ， {
, [1, 2]' [3、 4] , [5] , [6、 7]}。其中，上述數字表示源圖像數據的行標號。 圖2所述的裝置對包括0-l行的一組源圖像數據執行的濾波過程如下
1) 當KO和Kl打開時，第O行的前4個數據A00、 A01、八02和A。3被依 次輸入到圖2中的寄存器205,係數控制模塊208向乘法器206分別提供與 A00、 A01、 Ao2和Ao3的係數；當KO閉合時，A00、 A01、八02和八03經過乘法 器206的係數加權後到達加法器207，加法器207經過加法處理後得到B00, 並輸出；歸一化處理單元對Boo進行歸一化處理後輸出至垂直求和單元202， 垂直求和單元判斷出當前的B00與第 一組源圖像數據中的第 一行數據對應， 則直接將Boo輸出至緩存單元203。
2) KO打開時，第O行的數據AQ4、 Ao5被依次輸入到圖2中的寄存器 205,由於寄存器205是移位寄存器，因此輸入A(m、 Ao5兩個數據時，A00、 A(h被擠出，寄存器205的四個D觸發器中的數據分別為A02、 A03、 A4和 A05。係數控制模塊208向乘法器206分別提供與Ao2、 AQ3、 A。4和A。5對應 的係數，其中與Am和八03對應的係數為0; KO閉合時，A02、 A03、 A(m和 Ao5經過乘法器206的係數加權後到達加法器207,加法器207經過加法處 理後得到B(h，並輸出；歸一化處理單元對B,進行歸一化處理後輸出至垂 直求和單元202，垂直求和單元判斷出當前的B01與第一組源圖像數據中的 第一行數據對應，則直接將B(h輸出至緩存單元203;此時緩存單元203中 保存的內容為[Bo，，Boo]。
3) KO打開時，第0行的數據Ao6、八。7被依次輸入到圖2中的寄存器 205，係數控制模塊208向乘法器206分別提供與AQ4、 A。5、 A。6和A。7對應 的係數，其中與Ao4和Ao5對應的係數為0; KO閉合時，A04、 A05、 A。6和 八07經過乘法器206的係數加權後到達加法器207,加法器207經過加法處 理後得到B02,並輸出；歸一化處理單元對Bo2進行歸一化處理後輸出至垂 直求和單元202,垂直求和單元判斷出當前的Bo2與第一組源圖像數據中的第一行數據對應，則直接將B。2輸出至緩存單元203;此時緩存單元203中 保存的內容為[Bo2，B(M，Bo0]。
4) KO打開時，第1行的前4個數據AIQ、 Au、 A,2和A,3被依次輸入 到圖2中的寄存器205，係數控制模塊208向乘法器206分別提供與A10、 An、 Au和A,3對應的係數；K0閉合時，A10、 Au、八12和八13經過乘法器 206的係數加權後到達加法器207，加法器207經過加法處理後得到B1G，並 輸出；歸一化處理單元對B,o進行歸一化處理後輸出至垂直求和單元202， 垂直求和單元判斷出當前的B1與第 一組源圖像數據中的第二行數據對應， 則從緩存單元203中獲取B(K)與B,o相加後得到B。o + B^輸出至緩存單元 203;此時緩存單元203中保存的內容為[B00 + B10, B02,B01]。
5) KO打開時，第1行的數據Aw和八15被依次輸入到圖2中的寄存器 205，係數控制模塊208向乘法器206分別提供與A12、 A13、 A"和A,s對應 的係數，其中與八|2和A,3對應的係數為0;KO閉合時，A12、 A13、 A,4和
A, 5經過乘法器206的係數加權後到達加法器207,加法器207經過加法處 理後得到Bu並輸出；歸一化處理單元對Bn進行歸一化處理後輸出至垂直 求和單元202,垂直求和單元判斷出當前的Bn與第一組源圖像數據中的第 二行數據對應，則從緩存單元203中獲取B(H與Bn相加後得到B(n + Bu輸 出至緩存單元203;此時緩存單元203中保存的內容為[B(u + Bu， B00 + B10,
B。 2]。
6) KO打開時，第1行的數據A,6和An被依次輸入到圖2中的寄存器 205,係數控制模塊208向乘法器206分別提供與Al4、 Al5、 A,6和A^、對 應的係數，其中與A,4和A,5對應的係數為0; KO閉合時，A14、 A15、 A16 和A17、經過乘法器206的係數加權後到達加法器207,加法器207經過加 法處理後得到B^並輸出；歸一化處理單元對B,2進行歸一化處理後輸出至 垂直求和單元202，垂直求和單元判斷出當前的Bu與第一組源圖像數據中 的第二行數據對應，則從H存單元203中獲取B02與B12相加後得到Bo2 + B12 輸出至緩存單元203;此時緩存單元203中保存的內容為[B02 + B12， B01 + Bu，Boo + Bio]。
對後續分組的源圖像數據分別執行與上述步驟相同的濾波過程即可得 到目標圖像數據[￡53]，這裡不再複述。
在上述濾波過程中，可以通過調整每次加一又求和的數據和相應的加權系 數來實現不同的濾波算法。而將源圖像數據的 一行數據進行水平濾波的基本 原則是，最終得到與目標圖像數據的水平寬度相等的一行水平濾波後的結果 數據。
當然為了實現[As8]的源圖像數據到[E53]的目標圖像數據，也可以採用
只包含3個寄存器的縮小圖像的濾波裝置，即在圖2所示的裝置的基礎上去 掉其中 一路寄存器和對應的乘法器所得到的縮小圖像的濾波裝置。
在視頻監控和視頻會議等應用中，經常會出現將多個縮小後的圖像拼接 在一個畫面中顯示的需要，此時需要對多個源圖像分別進行如圖2所示的縮 小處理。對此本發明還提供了一種十分靈活的緩存單元管理方案。
圖3是本發明一種縮小多個源圖像的數字濾波系統的第一實施例結構 框圖。如圖3所示，本實施例中以同時縮小4個源圖像為例進行說明，該裝 置包括4個水平濾波單元201、與所述4個水平濾波單元201分別相連的 4個垂直求和單元202、緩存分配單元301和輸出選擇單元302。其中，4個 垂直求和單元202通過緩存分配單元301與緩存單元203相連，輸出選擇單 元302與緩存單元203的輸出端相連。當然如果考慮到輸出會溢出的問題， 可以在每個垂直求和單元202與緩存分配單元301之間各設置一個歸一化處 理單元，^L為描述方便，圖3所示實施例中未畫出歸一化處理單元。
在圖3中，緩存單元203由多個子緩存單元組成，每個子緩存單元都是 一個先入先出的存儲隊列且對應一個較小的突發。緩存分配單元301,用於 根據4個源圖像所各自對應的目標圖像的水平寬度，為每個源圖像分配緩存 單元中的存儲空間，即為每個源圖像分配足以存儲其一行目標圖像數據的子 緩存單元，並在接收到來自所述4個垂直求和單元202的數據時，將數據存 儲到所分配的對應的存儲空間中，並在所述4個垂直求和單元需要獲取進行行間累加的數據時，以先入先出的原則從所述對應的存儲空間中讀取數據並
輸出給垂直求和單元202;輸出選擇單元302，用於根據為每個源圖像所分 配的緩存單元中的存儲空間，從緩存單元203中分別讀取對應於每個源圖像 的目標圖像數據並輸出。
例如，設圖3中的緩存單元203中共有16個子緩存單元，當需要在同 一顯示屏上顯示16畫面時，即有16個源圖像需要進行縮小處理時，每個源 圖像的對應的目標圖像的解析度都較小，為每個源圖像各分配1個子緩存單 元正好可以滿足需求；而當需要在同一顯示屏上顯示4畫面時，每個源圖像 的對應的目標圖像的解析度相對較大，此時，為每個源圖像各分配2個子緩 存單元以滿足需求。
圖4是本發明一種縮小多個源圖像的數字濾波系統的第二實施例結構 框圖。圖4所示的裝置與圖3所示裝置的區別在於，只包括一個水平濾波單 元2 01和 一 個垂直濾波單元2 02,此外該裝置還包括 一 個與水平濾波單元2 01 相連的調度單元401。
在圖4中，調度單元401，用於根據預定的策略調度多個源圖像的數據， 並輸出給水平濾波單元201。例如，調度單元401可以以時分的方式依次獲 取各源圖像的數據並輸出給水平濾波單元201。
緩存分配單元301，用於根據所述多個源圖像所各自對應的目標圖像的 水平寬度，為每個源圖像分配緩存單元中的存儲空間，並在接收到來自所述 垂直求和單元的數據時，將數據存儲到其對應源圖像所分配的存儲空間中， 並在所述垂直求和單元需要荻取數據時，以先入先出的原則從所述分配的存 儲空間中讀取數據並輸出給垂直求和單元202 ，
圖4中的其他組成部分的功能於圖3中所述相同，這裡不再複述。
圖4所示的裝置與圖3所示的裝置相比可以只用一套濾波器(一個水平 濾波單元201和一個垂直濾波單元202 )就可以實現多個源圖像的縮小處理， 因此可以大大節省硬體資源。
如圖3和圖4所示的這種將緩存單元劃分成多個較小的子緩存單元,然後根據實際的情況動態進行分配的技術方案，在需要同樣多的緩存空間的情 況下，能夠提升系統的緩存能力，且管理十分靈活。
綜上所述，本發明這種先對源圖像數據做水平濾波處理，後做垂直濾波 處理，並在垂直濾波處理過程中只緩存行間累積和的方案，使得只需要緩存 一行源圖像數據的目標圖像數據。這種方案相對於現有技術中的需要緩存多 行源圖像數據的方案，大大節省了緩存空間。此外，對多個源圖像同時進行 縮小處理時，共享一個緩存單元，且根據實際情況動態分配緩存單元的技術 方案，提升了系統的緩存能力，且管理十分靈活。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護 範圍，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等， 均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1. 一種縮小圖像的數字濾波方法，其特徵在於，該方法包括根據源圖像和目標圖像的水平寬度，將當前源圖像數據中的第一行數據進行水平濾波處理，並將水平濾波後的結果數據保存到緩存單元中；根據源圖像和目標圖像的水平寬度，對當前源圖像數據中的下一行數據進行水平濾波處理，並將水平濾波後的結果數據與所述緩存單元中的數據一一對應相加，用相加後的結果數據覆蓋所述緩存單元中的原有數據；如此直至當前源圖像數據的最後一行；輸出所述緩存單元中的數據作為當前源圖像數據的目標圖像數據。
2、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，該方法在所有步驟之前進 一步包括根據源圖像和目標圖像的垂直寬度，將源圖像數據在垂直方向上 進行分組，則對於源圖像數據中的每一組當前源圖像數據執行所述的後續步 驟。
3、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述根據源圖像和目標圖 像的垂直寬度，將源圖像數據在垂直方向上進行分組包括當源圖像的垂直寬度是目標圖像的垂直寬度的N倍時，將源圖像數據 的每N行分為一組；其中，N為自然數；當源圖像的垂直寬度是目標圖像垂直寬度的非整數倍時，將源圖像數據 在垂直方向上進行分組，使得最終的分組個數等於目標圖像數據的行數。
4、 如權利要求l所示的方法，其特徵在於，所述根據源圖像與目標圖 像的水平寬度比例，將當前源圖像數據中的 一行數據進行水平濾波處理包 括當源圖像的水平寬度是目標圖像的水平寬度的M倍時，將所述一行數 據中的每M個數據為一組進行加權求和，得到所述一行數據水平濾波後的 結果數據；其中，M為自然數；當源圖像的水平寬度是目標圖像水平寬度的非整數倍時，將所述一行數據中的各數據進行加權求和，最終得到與目標圖像數據的水平寬度相等的一 行水平濾波後的結果數據。
5、 如權利要求4所示的方法，其特徵在於，所述將水平濾波後的結果數據與所述緩存單元中的數據——對應相加，用相加後的結果數據覆蓋所述緩存單元中的原有數據包括在每次進行加權求和得到一個水平濾波後的結果數據後，以先進先出的 原則從所述緩存單元輸出一個數據，與所述加權求和後的數據相加，將相加 結果輸入到所述緩存單元進行保存。
6、 如權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，當需要對兩 個以上的源圖像進行縮小處理時，根據每個源圖像所對應的目標圖像的水平 寬度，為該源圖像分配緩存單元中的存儲空間，以用於存儲該源圖像數據的 目標圖像數據。
7、 一種縮小圖像的數字濾波裝置，其特徵在於，該裝置包括 水平濾波單元，用於根據源圖像和目標圖像的水平寬度，將當前源圖像數據中的每一行數據進行水平濾波處理後，輸出水平濾波後的結果數據；垂直求和單元，用於在接收到水平濾波單元輸出的一個水平濾波結果數 據時，判斷該水平濾波結果數據是否對應於當前源圖像數據中的第 一行數 據，是則直接將所接收的數據輸出至緩存單元的輸入端，否則從緩存單元的 輸出端獲取一個數據與所接收的數據進行相加，然後將相加結果輸出至緩存 單元的輸入端；緩存單元，用於接收並存儲來自垂直求和單元的數據，並在所述垂直求 和單元需要獲取數據時，以先入先出的原則向垂直求和單元輸出所存儲的數 據；用於在接收並存儲完對應於所述當前源圖像數據中的最後一行的數據 時，將所存儲的數據作為當前源圖像數據的目標圖像數據輸出。
8、 如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述水平濾波單元包括 M個寄存器、M個乘法器、 一個加法器和一個係數控制模塊，M為自然數； 所述M個寄存器依次串聯，且每個寄存器的輸出端通過開關分別與M個乘法器的輸入端相連，所述M個乘法器的輸出端與所述加法器相連；其中，當所述開關斷開時，所述M個寄存器接收所述當前源圖像數據中的一行數據的M個數據，並分別進行存儲；當所述開關閉合時，所述M個乘法器分別接收自身所對應的寄存器輸出的數據，並乘上加權系統後輸出至所述加法器；所述加法器接收來自所述M個乘法器的數據並進行相加後輸出； 所述係數控制模塊，用於根據所述M個寄存器中所存儲的數據，向所述M個乘法器分別輸出相應的加權係數。
9、 如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，該裝置在所述水平濾波單 元和垂直求和單元之間進一步包括歸一化處理單元，用於對水平濾波單元 輸出的數據進行歸一化處理後再輸出至垂直求和單元。
10、 一種縮小圖像的數字濾波系統，其特徵在於，該系統包括N個水 平濾波單元、與所述N個水平濾波單元分別相連的N個垂直求和單元、緩 存分配單元、緩存單元和輸出選擇單元；所述N個垂直求和單元通過緩存 分配單元與所述緩存單元相連，所述輸出選擇單元與所述緩存單元的輸出端 相連；N為大於1的自然數；所述每個水平濾波單元，用於根據源圖像和目標圖像的水平寬度，將當 前源圖像數據中的每一行數據進行水平濾波處理後，輸出水平濾波後的結果 數據；所述每個垂直求和單元，用於在接收到所連接的水平濾波單元輸出的一 個水平濾波結果數據時，判斷該水平濾波結果數據是否對應於當前源圖像數 據中的第一行數據，是則直接將所接收的數據輸出至緩存分配單元，否則從 緩存分配單元獲取一個數據與所接收的數據進行相加，然後將相加結果輸出 至緩存分配單元；所述緩存分配單元，用於根據N個源圖像所各自對應的目標圖像的水 平寬度，為每個源圖像分配緩存單元中的存儲空間，並在接收到來自所述N 個垂直求和單元的數據時，將數據存儲到所分配的對應的存儲空間中，並在所述N個垂直求和單元需要獲取數據時，以先入先出的原則從所述對應的 存儲空間中讀取數據並輸出給垂直求和單元；所述緩存單元，用於接收並存儲來自緩存分配單元的數據，並在所述緩 存分配單元需要獲取數據時，以先入先出的原則向緩存分配單元輸出所存儲的數據；所述輸出選擇單元，用於根據為每個源圖像所分配的緩存單元中的存儲 空間，從緩存單元中分別讀取對應於每個源圖像的目標圖像數據並輸出。
11、 一種縮小圖像的數字濾波系統，其特徵在於，該系統包括依次相 連的調度單元、水平濾波單元、垂直求和單元、緩存分配單元、緩存單元和 輸出選擇單元；N為大於l的自然數；所述調度單元，用於據預定的策略調度所述N個源圖像的數據，並輸 出給水平濾波單元；所述水平濾波單元，用於根據源圖像和目標圖像的水平寬度，將當前接 收到的源圖像數據中的每一行數據進行水平濾波處理後，輸出水平濾波後的 結果數據；所述垂直求和單元，用於在接收到水平濾波單元輸出的一個水平濾波結 果數據時，判斷該水平濾波結果數據是否對應於當前源圖像數據中的第 一行 數據，是則直接將所接收的數據輸出至緩存分配單元，否則從緩存分配單元 獲取一個數據與所接收的數據進行相加，然後將相加結果輸出至緩存分配單元；所述緩存分配單元，用於根據所述N個源圖像所各自對應的目標圖像 的水平寬度，為每個源圖像分配緩存單元中的存儲空間，並在接收到來自所 述垂直求和單元的數據時，將數據存儲到其對應源圖像所分配的存儲空間 中，並在所述垂直求和單元需要獲取數據時，以先入先出的原則從所述分配 的存儲空間中讀取數據並輸出給垂直求和單元；所述緩存單元，用於接收並存儲來自緩存分配單元的數據，並在所述緩 存分配單元需要獲取數據時，以先入先出的原則向緩存分配單元輸出所存儲5的數據；所述輸出選擇單元，用於根據為每個源圖像所分配的緩存單元中的存儲 空間，從緩存單元中分別讀取對應於每個源圖像的目標圖像數據並輸出。
全文摘要
本發明公開了一種縮小圖像的數字濾波方法，包括根據源圖像和目標圖像的水平寬度，將當前源圖像數據中的第一行數據進行水平濾波處理，並將結果數據保存到緩存單元中；根據源圖像和目標圖像的水平寬度，對當前源圖像數據中的下一行數據進行水平濾波處理，並將結果數據與所述緩存單元中的數據一一對應相加，用相加後的結果數據覆蓋所述緩存單元中的原有數據；如此直至當前源圖像數據的最後一行；輸出所述緩存單元中的數據作為當前源圖像數據的目標圖像數據。本發明的技術方案不需要耗費大量的存儲介質。
文檔編號H04N7/18GK101286226SQ20081011264
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月23日 優先權日2008年5月23日
發明者俞柏峰, 晉兆虎 申請人:杭州華三通信技術有限公司