專利名稱：圖像放大的方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種圖像處理的方法，且特別是關于圖像放大的方法。
背景技術：
視訊技術已廣泛應用于各種電子產品之中。習知視訊技術的壓解壓縮模式，例如JPEG、MPEG、MPEG-2、MPEG-4、H.263、H.264等等，在利用標準的視訊編碼/譯碼器處理畫面的過程中，需要將圖像暫時或永久存放在內存內，以便隨后的利用。
然而，對超大畫面及高圖框率(frame rate)的系統(tǒng)而言，其畫面所占的內存空間與系統(tǒng)總線頻寬非常大，因此，容易造成系統(tǒng)的負擔。舉例來說，以高分辨率電視(High-Definition Television，HDTV)而言，每張畫面所需要的內存空間為1920×1088×1.5＝3.13Mbytes。其中，1920×1088是畫面分辨率。
由于HDTV的畫面的分辨率可達1920×1088，因此造成兩個問題。第一個問題是，系統(tǒng)所需要使用的內存太大。第二個問題是，系統(tǒng)傳輸資料所消耗的頻寬太多。為了在不改變習知譯碼器之架構的條件下，降低消耗頻寬和減少使用內存空間，則可以在資料寫入(或資料輸入總線)之前將畫面數(shù)據(jù)壓縮，并且在讀入后(或資料輸入MC之前)再還原成原先的大小，則可在不影響其余架構的情況下，將頻寬需求縮小，并減少內存的使用，藉由解壓縮單元與壓縮單元，即可節(jié)省內存空間以及傳輸?shù)念l寬。
若對每一個經過譯碼器(decoder)處理后的畫面，進行長寬各1/2的縮小程序后，再將畫面資料寫入內存，則可減少頻寬以及內存的需求。
圖1為四點壓縮成為一點的示意圖。每個2×2的方塊都會被轉換成一個值，作為縮小后畫面上的一個點。以下列出幾個在像素域(pixel domain)的簡單壓縮方法1.四點平均將方塊中的四個點取平均值成一個點，作為四個點壓縮的值。也就是y(m,n)=14Σk=01Σh=01x(i+h,j+k)]]>2.取左上角的點直接取方塊中的四個點的左上角作為這四個點壓縮的值。亦即y(m，n)＝x(i，j)若欲將其還原放大，可利用如下的任一方法來完成。
1.復制成四點將方塊內的四個點都使用其平均值。
2.雙線性內插法(Bilinear interpolation)利用相鄰兩個點作線性內插得到中間點的值。
眾所周知，畫面壓縮與解壓縮的方法對于畫質的影響很大。設計者需要選擇一個合適的方法，以避免畫面品質劣化。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種圖像放大的方法。此方法可將一個低分辨率的原始圖像區(qū)域加以放大與補償，而成為一個高分辨率的目標圖像區(qū)域。
本發(fā)明的再一目的是提供一種圖像放大的方法。此方法利用原始圖像區(qū)域內的原始像素點的周圍的相鄰像素點來獲得復數(shù)個像素補強值。
本發(fā)明所述的一種圖像放大的方法，是將一M×N的原始圖像放大為一KM×HN的目標圖像，其中，M、N、K與H為整數(shù)，該圖像放大的方法包括下列步驟
選取處理像素是從所述原始圖像選取一像素作為一待處理像素；決定特性式樣是依據(jù)所述待處理像素以及所述待處理像素周圍的復數(shù)個相鄰像素值，決定出一特性式樣；產生像素補強值是使用所述特性式樣產生一像素補強值數(shù)組；產生K×H個目標像素是依據(jù)所述待處理像素的像素值與對應的所述像素補強值數(shù)組，產生K×H個目標像素；以及當所述原始圖像尚有未處理像素時重復上述步驟。
所述選取特性式的步驟中，依據(jù)所述待處理像素以及所述待處理像素的相鄰像素值，進行一特性分析程序，以決定出所述特性式樣。
所述特性分析程序是利用復數(shù)個傾斜條件表達式，以判斷一特性方向，根據(jù)所述特性方向決定一恰當矩陣與一恰當函數(shù)。
將所述待處理像素的像素值與所述相鄰像素值代入該恰當函數(shù)中，以產生復數(shù)個純量值，將所述純量值個別地乘以該恰當矩陣，以獲得所述像素補強值。
所述產生像素補強值中，是將所述待處理像素的像素值與所述相鄰像素值代入一恰當函數(shù)中，以產生復數(shù)個純量值，將所述純量值個別地乘以對應的一恰當矩陣，以獲得所述像素補強值。
本發(fā)明所述的一種圖像放大的方法，是將一來源像素放大為復數(shù)個目標像素，該方法包括下列步驟依據(jù)該來源像素與相鄰的至少一像素，由復數(shù)個已預先決定的樣式中，選取出一相對應的像素補償值；以及依據(jù)該來源像素與該相對應的像素補償值，產生出該復數(shù)個目標像素。
所述的復數(shù)個已預先決定的樣式分別為一垂直傾斜樣式、一水平傾斜樣式、一由左向右傾斜樣式、一由右向左傾斜樣式、以及一平坦樣式。
依據(jù)該來源像素與相鄰的至少一像素，產生復數(shù)個加權像素值，并利用該復數(shù)個加權像素值與復數(shù)個傾斜條件表達式，以決定一恰當矩陣與一恰當函數(shù)。
所述待處理像素的像素值與所述相鄰像素值代入所述的恰當函數(shù)中，以產生復數(shù)個純量值，將所述純量值個別地乘以該恰當矩陣，以獲得所述像素補強值。
所述的來源像素與相鄰的至少一像素，代入一恰當函數(shù)中，以產生復數(shù)個純量值，將所述純量值分別地乘以對應的一恰當矩陣，以獲得所述像素補償值。
綜合上述，本發(fā)明提供一種圖像放大的方法。由于此方法僅利用相鄰像素點的信息執(zhí)行一個簡易且有效率的特性分析程序，有別于習知的繁復的圖像放大運算，所以可有效減少內存的使用量，且大幅降低頻寬的消耗。再者，利用本方法的像素補強值對原始像素值進行補償后，放大的圖像不會有分辨率大幅下降的情況，有效地克服了習知技術的重大缺點。


圖1所示的是將高分辨率圖像上的2×2的點縮小為1點的示意圖；圖2所示的是原始像素點P欲放大為2×2的目標圖像區(qū)域的示意圖，其中，原始像素點P周圍有8個鄰近點(A-H)；圖3所示的是本發(fā)明的圖像放大的方法的流程圖；圖4所示的是原始像素點的放大后的5種可能傾斜樣式。
具體實施例方式
為更好的理解本發(fā)明所述技術，現(xiàn)特舉一實施例不能夠配合附圖詳細說明如下。
圖2所示的是本發(fā)明的一較佳實施例的低分辨率區(qū)域放大示意圖。此低分辨率區(qū)域為一原始圖像區(qū)域，P點為一個原始像素點，并定義為一待處理像素。在原始圖像區(qū)域上，待處理像素P有8個相鄰像素點，分別為圖2上的8個點(A-H)，而其像素值為分別為A、...、H，上述8個值即為相鄰像素值。假設此原始圖像區(qū)域，其長寬要各放大為兩倍。本實施例的目的就是要將P點放大成一個2×2方塊的目標圖像區(qū)域。如圖4的P
至P[3]來表示四個目標像素點。
圖3所示的是本發(fā)明的圖像放大的方法的流程圖。參考圖3說明本發(fā)明圖像放大的方法的步驟。
步驟S302選取一待處理像素。亦即，從原始圖像區(qū)域中選取一像素作為一待處理像素P。
步驟S304特性分析并選取一特性式樣(characteristic pattern)。根據(jù)待處理像素P周圍的復數(shù)個相鄰像素值，執(zhí)行一特性分析。此特性分析是用來判斷該待處理像素P的周圍相鄰像素值的傾斜方向。一般而言，傾斜方向大致分為垂直方向、水平方向、以及兩個對角線方向。亦即，特性分析相當于分析所要放大的目標圖像區(qū)域的像素值應朝哪個方向傾斜左右、上下、或是斜角。請參考圖4，其中，圖4(a)為垂直的傾斜方向，圖4(b)為水平的傾斜方向，圖4(c)是由左向右的對角線傾斜方向，圖4(d)為由右向左的對角線傾斜方向，圖4(e)為平坦的樣式。
要判斷出所要放大的目標圖像區(qū)域的像素值會符合哪一種特性式樣，可利用下列的加權相加程序，計算出8個加權像素值(vA-vH)vA＝2A+B+DvB＝2B+A+CvC＝2C+B+EvD＝2D+A+FvE＝2E+C+HvF＝2F+D+GvG＝2G+F+HvH＝2H+E+G其中，vA-vH表示以待處理像素P周圍八個方向上的點的加權值，例如vA表示左上方的值。
接著，利用vA-vH決定傾斜方向。通常，傾斜方向上的兩邊的像素值有很大的差異。亦即，某個方向上像素值相差愈大，其方向就愈可能是斜面的方向。我們可以利用這個性質，以下列的傾斜條件表達式來進行判斷傾斜方向d0＝vD-vEd1＝vB-vGd2＝vC-vFd3＝vA-vHdir＝arg maxi{|di|}其中，dir是為斜面的方向值。亦即當d0為最大值時，特性式樣為水平特性式樣；當d1為最大值時，特性式樣為垂直特性式樣；當d2為最大值時，特性式樣為正斜率傾斜特性式樣；而當d3為最大值時，特性式樣為負斜率傾斜特性式樣。所以，可以從方向值dir選擇一特性式樣。
步驟S306確認特性式樣是否符合原先的假設。由于上述傾斜方向是假設待處理像素P的值會介于斜面高點與低點之間，所以此假設必須正確，以避免錯誤的傾斜。亦即，可利用上述的傾斜條件表達式檢查原始像素值與對應的相鄰像素值是否符合傾斜方向的假設。舉例來說，根據(jù)上述判斷得到的斜面方向，斜面上下兩點分別為D以及E，則D、E、P須符合以下關系D≤P≤EorD≥P≥E若上述關系式不成立，則表示待處理像素P所在位置不符合傾斜方向的假設。此時，可直接假設此2×2的方塊為平坦的樣式，或選取第二大的方向值dir所對應的傾斜方向作為特性式樣，并重復進行確認。對于各個不同的方向值dir的確認判斷式如下dir＝0D≤P≤E or E≤P≤Ddir＝1B≤P≤G or G≤P≤Bdir＝2C≤P≤F or F≤P≤Cdir＝3A≤P≤H or H≤P≤A步驟S308計算像素補強值數(shù)組。若方向值dir及待處理像素P符合以上述的條件，則代表符合傾斜方向的假設，即可開始進行斜面方向補強值數(shù)組的運算。以四點壓縮成一點來說，相當于利用A-H以及待處理像素P的值來還原pixel
。亦即p[i]＝fi(A，B，...，H，P)+PP′=P
P[1]P[2]P[3]=f0(A,..,H,P)f1(A,..,H,P)f2(A,..,H,P)f3(A,..,H,P)+P1111]]>在本實施例中可簡化f0-f3的形式，根據(jù)傾斜方向決定一個恰當矩陣集合與一個恰當函數(shù)集合。首先，選擇數(shù)個不同的2對2矩陣，其集合稱作S，此集合即為恰當矩陣集合。另外，選擇數(shù)個函數(shù)，其集合稱作U，此集合即為恰當函數(shù)集合。每一個S中的元素，在集合U中都有一個相對應的函數(shù)gi(A，..，H，P)。P1是為β中任一元素的倍數(shù)，其倍數(shù)為gi(A，..，H，P)。亦即，將待處理像素的像素值與對應的相鄰像素值代入相對應的恰當函數(shù)集合U中，以產生復數(shù)個純量值。之后，將這些純量值個別地乘以對應的恰當矩陣S，以獲得這些像素補強值(即為下列所示的P1)。將S={β0,...,βN-1},U={{g0(A,...,H,P),...,gN-1(A,...,H,P)}]]>∃dir,βdir∈S,gdir∈U]]>⇒P′=P1+P2=gdir(A,...,H,P)×βdir+P1111]]>=gdir(A,...,H,P)×βdir,0βdir,1βdir,2βdir,3+P1111]]>舉例來說，可選擇集合S如下S={1111,1111,01-10,100-1}]]>
對應的函數(shù)集合U為U＝{g0，g1，g2，g3}g0=(B+E)-(D+G)8]]>g1=(B+D)-(E+G)8]]>g2=(2D+A+F)-(2E+C+H)16]]>g3=(2B+A+C)-(2G+F+H)16]]>其中，恰當矩陣集合S與恰當函數(shù)集合U為事先定義，之后，根據(jù)傾斜方向來選取對應的恰當矩陣與恰當函數(shù)。亦即，上述的恰當矩陣集合S與恰當函數(shù)集合U可依實際情況找出對應的集合，以便作最佳化的調整。
步驟S310計算目標像素值。將待處理像素的像素值與對應的像素補強值數(shù)組相加，以產生復數(shù)個目標像素值。并將目標像素值適當?shù)刂萌肽繕藞D像區(qū)域中，即可得到一個目標圖像區(qū)域。此目標圖像區(qū)域即為放大后的原始圖像區(qū)域。
步驟S312確認是否已完成。當原始圖像區(qū)域尚有未處理的像素時重復上述步驟。
舉例來說，若原始圖像區(qū)域大小將為(M+2)×(N+2)，且目標圖像區(qū)域KM×HN，則利用長寬壓縮K及H倍的圖像來傳輸，再以本發(fā)明的方法予以放大，只需要原先的(M+2)×(N+2)/(KM×HN)的頻寬。
特別注意的是，本發(fā)明的方法并不局限于將圖像長寬各放大兩倍的應用。利用本發(fā)明的方法，可以將長寬各為M、N的圖像，各放大K倍及H倍。也就是將M×N的圖像放大為KM×HN，并作品質的加強。
綜合上述，本發(fā)明提供一種圖像放大的方法。此方法可以有效減少內存的使用量以及頻寬的消耗。若放大后的高分辨率圖像為KM×HN(K、H、M、N皆為整數(shù))，亦即，將M×N的低分辨率區(qū)域長寬各放大K倍以及H倍，則儲存于內存中的圖像大小只有M×N，僅為未做任何壓縮處理的畫面(KM×HN)的1/KH。
以上雖以實施例說明本發(fā)明，但并不因此限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護范圍以權利要求書的限定為準。
權利要求
1.一種圖像放大的方法，是將一M×N的原始圖像放大為一KM×HN的目標圖像，其中，M、N、K與H為整數(shù)，其特征在于，該圖像放大的方法包括下列步驟選取處理像素是從所述原始圖像選取一像素作為一待處理像素；決定特性式樣是依據(jù)所述待處理像素以及所述待處理像素周圍的復數(shù)個相鄰像素值，決定出一特性式樣；產生像素補強值是使用所述特性式樣產生一像素補強值數(shù)組；產生K×H個目標像素是依據(jù)所述待處理像素的像素值與對應的所述像素補強值數(shù)組，產生K×H個目標像素；以及當所述原始圖像尚有未處理像素時重復上述步驟。
2.如權利要求1所述的圖像放大的方法，其特征在于，所述選取特性式的步驟中，依據(jù)所述待處理像素以及所述待處理像素的相鄰像素值，進行一特性分析程序，以決定出所述特性式樣。
3.如權利要求2所述的圖像放大的方法，其特征在于，所述特性分析程序是利用復數(shù)個傾斜條件表達式，以判斷一特性方向，根據(jù)所述特性方向決定一恰當矩陣與一恰當函數(shù)。
4.如權利要求3所述的圖像放大的方法，其特征在于，將所述待處理像素的像素值與所述相鄰像素值代入該恰當函數(shù)中，以產生復數(shù)個純量值，將所述純量值個別地乘以該恰當矩陣，以獲得所述像素補強值。
5.如權利要求1所述的圖像放大的方法，其特征在于，所述產生像素補強值中，是將所述待處理像素的像素值與所述相鄰像素值代入一恰當函數(shù)中，以產生復數(shù)個純量值，將所述純量值個別地乘以對應的一恰當矩陣，以獲得所述像素補強值。
6.一種圖像放大的方法，是將一來源像素放大為復數(shù)個目標像素，其特征在于，該方法包括下列步驟依據(jù)該來源像素與相鄰的至少一像素，由復數(shù)個已預先決定的樣式中，選取出一相對應的像素補償值；以及依據(jù)該來源像素與該相對應的像素補償值，產生出該復數(shù)個目標像素。
7.如權利要求6所述的圖像放大的方法，其特征在于，所述的復數(shù)個已預先決定的樣式分別為一垂直傾斜樣式、一水平傾斜樣式、一由左向右傾斜樣式、一由右向左傾斜樣式、以及一平坦樣式。
8.如權利要求6所述的圖像放大的方法，其特征在于，依據(jù)該來源像素與相鄰的至少一像素，產生復數(shù)個加權像素值，并利用該復數(shù)個加權像素值與復數(shù)個傾斜條件表達式，以決定一恰當矩陣與一恰當函數(shù)。
9.如權利要求6所述的圖像放大的方法，其特征在于，所述待處理像素的像素值與所述相鄰像素值代入所述的恰當函數(shù)中，以產生復數(shù)個純量值，將所述純量值個別地乘以該恰當矩陣，以獲得所述像素補強值。
10.如權利要求6所述的圖像放大的方法，其特征在于，所述的來源像素與相鄰的至少一像素，代入一恰當函數(shù)中，以產生復數(shù)個純量值，將所述純量值分別地乘以對應的一恰當矩陣，以獲得所述像素補償值。
全文摘要
一種圖像放大的方法。此方法將一M×N的原始圖像放大為一KM×HN的目標圖像。此方法包括選取待處理像素，是從原始圖像選取一像素作為待處理像素；選取特性式樣，是使用待處理像素周圍的復數(shù)個相鄰像素值分析該待處理像素的特性，并選擇一傾斜式樣作為特性式樣；產生像素補強值數(shù)組，是根據(jù)特性式樣、待處理像素的像素值以及待處理像素周圍的復數(shù)個相鄰像素值計算像素補強值數(shù)組；產生K×H個目標像素，是將待處理像素的像素值與對應的像素補強值數(shù)組進行數(shù)學運算產生K×H個目標像素值作為目標圖像；如果原始圖像尚有未處理像素，則重復上述步驟。
文檔編號H04N7/26GK1622629SQ20031011542
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月25日 優(yōu)先權日2003年11月25日
發(fā)明者黃昭智, 虞敬業(yè) 申請人:瑞昱半導體股份有限公司