专利名称：非线性图像缩放方法以及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字图像处理领域，具体的说，是涉及一种非线性图像缩放 方法以及系统。
背景技术：
在平板电视中，由于输入图像和需要显示的输出图像的每行象素和每帧
行数不同，需要SCALER来进行空间缩放。
此外，现有技术中已经设计了大量的图像缩放算法，申请号为03111801.1 的中国专利公开了 一种数字图像缩放集成电路设计方法，在所述方法中向上 缩放和向下缩放由单一电路实现；申请号为200410102696.5的中国专利也公 开了一种图像缩放的方法，所述方法通过建立查找表进行缩放，降低了算法 的复杂度。但是，以上各个方法都有个共同的特点，就是都没有考虑非线性 缩放，都是采用的线性缩放方法，因此会导致图像数据对象的非美学失真。
申请号为200410095787.0的中国专利提出了 一种受控不成比例的缩放显 示方法，所述方法通过在原始图像上指定一"轿车线"来实现变换，在中间区 域的轿车距离内进行拉伸缩放，在旁边区域服从于比例拉伸。所述专利适用 于电子节目指南屏幕，使节目清单可以成比例地比原屏幕更宽，有效地利用 了目标屏幕上的空间，但是，因为中间区域比例失真，所述方法不适合应用 到视频节目播放中，因为轿车线左右的比例因子是突变的，而且中间区域是 人眼比较注意的区域。
因此，对于一些输入图像的横纵向比例和输出图像的比例不一致时，例 如4: 3的源在16: 9的屏上显示等场合，容易造成图像的失真，有鉴于此， 如何使图像的中间重要部分保持原图像的比例不变形已成为业界亟待解决的 技术问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种图像缩放方法以及系统，其可以针对输入 图像的横纵向比例和输出图像的比例不一致的情况，智能地调整缩放比例， 从而保证整体图像的比例不变形，并且易于集成电路的实现。
为达到上述目的，本发明提供一种非线性图像缩放方法，其包含以下步
骤确定当前点反射到原图像中垂直方向的具体插值位置；根据各点在原图 像中的不同位置并采用分段非线性的方式计算水平方向的位置；根据分段非 线性方式的计算结果进行插值。
本发明所述的非线性图像缩放方法，其中所述图像缩放方法在垂直方向 是线性的插值，且其在垂直方向上的缩放比例是相同的，且计算所述垂直方 向上的缩》文比例的z^式为
<formula>complex formula see original document page 6</formula>;
其中，/ 为缩》文后的新图像的象素点在垂直方向上的位置，x为所述缩放 后的象素点所对应的缩放前图像点在垂直方向上的位置，Ax为所述缩放后的 象素点在缩放前图像中最近的四点的垂直距离，// 为缩放后图像的高，T/e妙, 为缩放前图像的高。
本发明所述的非线性图像缩放方法，其中根据各点在原图像中的不同位 置并采用分段非线性的方式计算水平方向的位置的步骤更进一步包括计算 缩放因子A:;才艮据插值点不同的区域，计算插值点在水平方向上的位置。
本发明所述的非线性图像缩放方法，其中计算缩放因子A:的公式为
<formula>complex formula see original document page 6</formula>
其中iV是De所对应的在原图像中的非线性区域的拐点，i/ 、『 为缩放 后图像的高和宽，/fe/g似、附^ 为缩放前图像的高和宽。
本发明所述的非线性图像缩放方法，其中计算插值点在水平方向上的位 置的公式为<formula>complex formula see original document page 7</formula>
其中，厶为缩放后的新图像的象素点在水平方向上的位置，；;为所述缩
放后的象素点所对应的缩放前的图像点在水平方向上的位置，Av为所述缩放
后的象素点在缩放前的图像中最近的四点的水平距离，3;_/为中间变量，得 到的水平方向的浮点值。
本发明所述的非线性图像缩放方法，其中根据分段非线性方式的计算结 果进行插值的步骤更详细地可以选用双线性内插、Cubic插值、加窗sinc函 数内插、多项式插值或者基于边缘方向的插值。
本发明所述的非线性图像缩放方法，其中根据分段非线性方式的计算结
果进行插值的步骤采用A^iv邻域的插值方法，其计算公式为
<formula>complex formula see original document page 8</formula>
其中/(《j)为Zij处釆样点的亮度，Z，j为相关邻域的顶点，W.)为插值内核。
本发明还提供一种非线性图像缩放系统，其包括插值点垂直方向空间 位置计算模块，用于计算当前点在原图像中垂直方向的具体插值位置，所述 插值点垂直方向空间位置计算模块的输入为场(帧)信息和缩放后场(帧) 的宽与高『 、 ,缩放前场(帧)的宽与高附&A 、故/g/^,输出为插值点垂 直方向空间位置信息Ax，对应原图像的象素点的垂直位置;c;缩放因子计算 模块，用于计算缩放因子A:，所述缩放因子计算模块的输入为缩放后场(帧) 的宽与高『"、// 、缩放前场(帧)的宽与高肌&" //e/g似、非线性区域的拐 点Z)d、 "e，其输出为缩放因子A:;插值点水平方向空间位置计算模块，用 于根据插值点不同的区域计算插值点在水平方向上的位置，所述插值点水平 方向空间位置计算模块的输入为缩放后当前点在垂直方向上的位置、缩^U^ 场(帧)的宽与高『 、 // 、缩放前场(帧)的宽与高肌VM 、 //e/g似、缩》文因 子A:，其输出为插值点在垂直方向上的空间位置信息Ay和缩放前图像点的垂
直位置^;内插模块，用于根据分段非线性方式的计算结果进行插值，所述
内插模块的输入为插值点空间位置信息;c、 j;、 Ax、 Av、场(帧)信息，其 输出为计算出来的插值点的亮度信息。
本发明所述的非线性图像缩放方法以及系统在集成电路复杂度不是十分 高的情况下，适用于不同的宽高比的图像缩放，采用分段非线性缩放，中间 重要部分可以保持原图像的宽高比，而左右边缘地带采用不同比例的缩放因 子，本发明适用于所有视频领域，使得当图像变换到不同的宽高比目标屏上 时，不会有很大的失真，特别适用于视频节目的播放。
通过以下对本发明的一个较佳实施例结合其附图的描述，可以进一步理 解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为
图1为目标屏拉宽时的缩放前后示意图2为目标屏变窄时的缩放前后示意图3为本发明的图像缩放系统的一个较佳实施例的方框示意图4为本发明的图像缩放方法的一个较佳实施例的流程图5为本发明的图像缩放方法的一个较佳实施例中插值点在不同位置的 缩放比例示意图6为本发明的图像缩放方法的一个较佳实施例中插值点空间位置示意图。
具体实施例方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案以及技术效果，下面将结合一个具 体实施例进行说明。在本实施例中，假设目标屏分成五段，能够使图像的中 间重要部分保持原图像的比例不变形，旁边区域不同比例缩放，做到智能显 示，当源和屏的宽和高不一样时，进行非线性拉伸，其在水平方向的拉伸尺 度随着位置的不同在变化，例如，目标屏是与原图像比是拉宽时(如由4: 3 变为16: 9),缩放之后的情况如图l所示，或者当目标屏与原图像比是变窄 时(如由16: 9变为4: 3),缩放之后的情况如图2所示。以下将进一步结合 图3至图6，具体说明本发明的较佳实施方式。
图3为本发明的非线性图像缩放系统的一个较佳实施例的方框示意图。 如图所示，本发明所述图像缩放系统1包括插值点垂直方向空间位置计算 模块10、缩放因子计算模块12、插值点水平方向空间位置计算模块14以及 内插模块16。
更详细地说，所述插值点垂直方向空间位置计算模块IO，用于计算当前 点在原图像中垂直方向的具体插值位置，所述插值点垂直方向空间位置计算 模块10的输入为场(帧)信息和缩放后场(帧)的宽与高『 、 // ,缩放前 场(帧)的宽与高附力/ 、 //e/g&,输出为插值点垂直方向空间位置信息Ax， 对应原图像的象素点的垂直位置;c;所述缩放因子计算模块12,用于计算缩 放因子t所述缩放因子计算模块12的输入为缩放后场(帧)的宽与高『 、 // 、缩放前场(帧)的宽与高附￡欣、//e/g似、非线性区域的拐点Dd 、 De ， 其输出为缩放因子A:;所述插值点水平方向空间位置计算模块14，用于根据 插值点不同的区域计算插值点在水平方向上的位置，所述插值点水平方向空 间位置计算模块14的输入为缩放后当前点在垂直方向上的位置、缩放后场 (帧)的宽与高『"、// ，缩放前场(帧)的宽与高肌WA、 //e妙"缩放因子 A:,其输出为插值点在垂直方向上的空间位置信息Ay和缩放前图像点的垂直 位置y;所述内插模块16，用于根据分段非线性方式的计算结果进行插值， 所述内插模块16的输入为插值点空间位置信息x、 y、 Ax、 场(帧)信息， 其输出为计算出来的插值点的亮度信息。
接着，请参阅图4为本发明的非线性图像缩放方法的一个较佳实施例的 流程图。
首先，执行步骤Sl,扫描行输入，并获取相关信息。在本实施例中，所 述相关信息主要包括场(帧)信息和缩放后场(帧)的宽与高『 、 i/ ,缩放 前场(帧)的宽与高附《她、压妙f以及用户自己定义的非线性区域的拐点Dd、 "e。
需要特别说明的是，在本实施例中，请结合图5的一个非线性拉伸的示 意图，如图所示分为五段区域，中间一段保持与源一样的纵横比例，即为l， 横坐标为屏的宽度，纵坐标为缩放比例的倒数。其中，A、 C、 E三段是恒定 的比例，而B、 D两段是一个渐变的缩放比例。压l和De分别为可定义的非 线性区域的拐点。而&是表示一种缩放关系的系数，当图像是放大时，it<l， 当图像是缩小时，*>1。然而，本发明不仅仅局限于五段非线性方法，本领 域的技术人员可以进行变换，当压1 = 0时就可以演变为三段非线性方法，当 ZM = "e，就可以演变为三段阶跃式非线性拉伸。
接着，执行步骤S2，计算插值点垂直方向的空间位置，即确定当前点反 射到原图像中垂直方向的具体插值位置。在本实施例中，因为垂直方向是线 性的插值，缩放比例是相同的，计算插值点在垂直方向的位置Ax，计算公式 为..
<formula>complex formula see original document page 10</formula>
其中，/"为缩放后的新图像的象素点在垂直方向上的位置，x为所述缩放 后的象素点所对应的缩放前图像点在垂直方向上的位置，Ax为所述缩放后的 象素点在缩放前图像中最近的四点的垂直距离，// 为缩放后图像的高，股/g似 为缩放前图像的高。
接着，根据各点在原图像中的不同位置并采用分段非线性的方式计算水 平方向的4立置。
执行步骤S3，计算缩放因子A:,所述缩放因子A:由非线性区域的拐点Dd 和De确定，通常"d和De的约束关系为Z^ 2￡>e2『 /2 ，且Del和￡>e是可调的 参数，用户可以通过调整它们的值决定着非线性区域的大小， 一旦确定好Dd 和化以及缩放前后的图像宽、高，缩放因子A就确定了。计算缩放因子A:的 公式为
<formula>complex formula see original document page 11</formula>
其中，De'是压所对应的在原图像中的非线性区域的拐点。A:是如图5 所示的一种缩放因子的倒数，当源是4: 3而屏是16: 9时，A;小于l，当源 是16: 9而屏是4: 3时，A:大于l。 // 、『 为缩放后图像的高和宽，故妙"
为缩放前图像的高和宽。
接着，执行步骤S4，根据插值点不同的区域，求插值点的水平方向的具 体插值位置。在本实施例中，因为是非线性的插值，在A、 B、 C、 D、 E五 个区域里的缩放比例是不同的，根据所在区域，计算缩放比例scale,然后计 算插值点在水平方向的位置A少。在每一行的开始令^ = 0，然后按照如下公式 计算Ay:
<formula>complex formula see original document page 11</formula>
jV —/ = ，/e + y —/
e/sez/ 厶2『"—Z)e 少—/waz/e + y —/
Ay"—/-"i;
e&ez/ 厶^『 — "A ("l)
，(A: —1)(『 — De + 1)、…，… 厶+1 - ^——^-*份妙,/ ;
yca/e =(-少—/ = sca/e +少—/
Ay"—/-y+i;
_y —/ = "flf/e + _y —/
其中，厶为缩放后的新图像的象素点在水平方向上的位置，y为所述缩 放后的象素点所对应的缩放前的图像点在水平方向上的位置， 为所述缩放
后的象素点在缩放前图像中最近的四点的水平距离，3/_/为中间变量，得到
的水平方向的浮点值。
接着，执行步骤S5，根据分段非线性方式的计算结果进行插值。更详细 地说，插值方法有很多，简单的有双线性内插、Cubic插值、加窗sine函数 内插、多项式插值等。复杂点的还可以采用基于边缘方向的插值等。结合图 6所示，可采用4x4邻域的(如图6中的所有点)，也可以釆用2x2邻域都可 (只采用图6中b2、 b3、 c2、 c3四个点)。在本实施例中，采用iVxiV邻域的 通用计算公式为
/(x + Ax, _y + A力=Z )Zi(Ax — wt)/z(4y - w)
n=0:W-l
其中/(《j)为Xij处采样点的亮度，Xij为相关邻域的顶点，WO为插值内核。 本发明提出的方法在集成电路复杂度不是十分高的情况下，采用分段非 线性法，得到插入点的位置，再利用任何一种插值算法，得到新的插值点的亮度，可以智能显示不同宽高比图像的缩放问题。
需要特别说明的是，本发明的非线性图像缩放方法不局限于上述实施例 中所限定步骤执行顺序，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当 中。
权利要求
1、一种非线性图像缩放方法，其特征在于，包含以下步骤确定当前点反射到原图像中垂直方向的具体插值位置；根据各点在原图像中的不同位置并采用分段非线性的方式计算水平方向的位置；根据分段非线性方式的计算结果进行插值。
2、 根据权利要求1所述的非线性图像缩放方法，其特征在于，所述图 像缩放方法在垂直方向是线性的插值，且其在垂直方向上的缩放比例是相同 的。
3、 根据权利要求2所述的非线性图像缩放方法，其特征在于，其中计 算在垂直方向上的缩放比例的公式为<formula>complex formula see original document page 2</formula><formula>complex formula see original document page 2</formula>其中，in为缩放后的新图像的象素点在垂直方向上的位置，x为所述 缩放后的象素点所对应的缩放前图像点在垂直方向上的位置，Δx为所述 缩放后的象素点在缩放前图像中最近的四点的垂直距离，Hn为缩放后图 像的高，Height为缩放前图像的高。
4、 根据权利要求l所述的非线性图像缩放方法，其特征在于，其中根据 各点在原图像中的不同位置并采用分段非线性的方式计算水平方向的位置的 步骤更进一步包括计算缩放因子k;根据插值点不同的区域，计算插值点在水平方向上的位置。
5、 根据权利要求4所述的非线性图像缩放方法，其特征在于，其中计算 缩放因子k的公式为<formula>complex formula see original document page 2</formula>其中ZV是/)e所对应的在原图像中的非线性区域的拐点，// 、『 为 缩放后图像的高和宽，//e妙"的W决为缩放前图像的高和宽。
6、根据权利要求4所述的非线性图像缩放方法，其特征在于，其中计算 插值点在水平方向上的位置的公式为<formula>complex formula see original document page 3</formula>其中，厶为缩放后的新图像的象素点在水平方向上的位置，y为所述 缩放后的象素点所对应的缩放前的图像点在水平方向上的位置，Av为所 述缩放后的象素点在缩放前的图像中最近的四点的水平距离，/为中间变量，得到的水平方向的浮点值。
7、 根据权利要求l所述的非线性图像缩放方法，其特征在于，其中根据 分段非线性方式的计算结果进行插值的步骤更详细地可以选用双线性内插、 Cubic插值、加窗sinc函数内插、多项式插值或者基于边^彖方向的插值。
8、 根据权利要求1所述的非线性图像缩放方法，其特征在于，其中根据分段非线性方式的计算结果进行插值的步骤采用iVxW邻域的插值方法。
9、 根据权利要求8所述的非线性图像缩放方法，其特征在于，其中釆用 iVxiV邻域的插值方法的z^式为<formula>complex formula see original document page 4</formula>其中/C^)为A处采样点的亮度，《j为相关邻域的顶点，/K.)为插值 内核。
10、 一种非线性图像缩放系统，其特征在于，所述图像缩放系统包括 插值点垂直方向空间位置计算模块，用于计算当前点在原图像中垂直方向的具体插值位置，所述插值点垂直方向空间位置计算模块的输入为场 (帧)信息和缩放后场(帧)的宽与高『 、缩放前场(帧)的宽与 高附湖、压妙/，输出为插值点垂直方向空间位置信息Ax，对应原图像 的象素点的垂直位置x;缩放因子计算模块，用于计算缩放因子A:,所述缩放因子计算模块的 输入为缩放后场(帧)的宽与高『 、 // 、缩放前场(帧)的宽与高、 说妙"非线性区域的拐点Dd、 De，其输出为缩放因子A:;插值点水平方向空间位置计算模块，用于根据插值点不同的区域计算 插值点在水平方向上的位置，所述插值点水平方向空间位置计算模块的输 入为缩放后当前点在垂直方向上的位置、缩放后场(帧)的宽与高, 、 // 、缩放前场(帧)的宽与高附^/ 、 //e/g似、缩放因子A:，其输出为插值点在 垂直方向上的空间位置信息Ay和缩放前图像点的垂直位置;;；内插模块，用于根据分段非线性方式的计算结果进行插值，所述内插模块的输入为插值点空间位置信息x、少、Ax、 Ay、场(帧)信息，其输 出为计算出来的插值点的亮度信息。
全文摘要
本发明提供一种非线性图像缩放方法以及系统，包括提供一插值点垂直方向空间位置计算模块用于确定当前点反射到原图像中垂直方向的具体插值位置，提供一缩放因子用于计算模块用于计算缩放因子k，并提供一插值点水平方向空间位置计算模块用于根据各点在原图像中的不同位置并采用分段非线性的方式计算水平方向的位置，提供一内插模块用于根据分段非线性方式的计算结果进行插值；本发明的方法以及系统采用分段非线性缩放，中间重要部分可以保持原图像的宽高比，而左右边缘地带采用不同比例的缩放因子，使得当图像变换到不同的宽高比目标屏上时，不会有很大的失真，特别适用于视频节目的播放。
文档编号H04N5/44GK101197957SQ20071017293
公开日2008年6月11日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者野 袁 申请人:上海广电集成电路有限公司