专利名称：图像局部动态放大装置及方法以及图像处理系统的制作方法
图像局部动态放大装置及方法以及图像处理系统方法
技术领域：
本发明涉及图像处理领域，尤其涉及图像局部动态放大装置、方法以及 图像处理系统。背景技术：
目前视频监控系统已经得到了广泛的应用，比如楼宇内的实时监控系 统、生活小区内的实时监控系统等。所述监控系统一般都包括图像传感器、 编码单元、帧緩存单元、解码单元及显示单元。所述图像传感器采集帧图像 数据，编码单元对图像传感器采集的帧图像数据进行编码或者说压缩，将编 码后的帧图像数据以帧为单位緩存入帧緩存单元，解码单元获取帧緩存单元 内的帧图像数据并对其进行解码或者说解压缩，显示单元显示解码后的帧图 像数据，这样就完成了从图像采集到图像显示的整个过程。在很多时候，用户可能只对整帧图像的局部区域感兴趣，比如门口等重 点监控区域，并希望能够对感兴趣的局部区域进行放大显示。这时，所述监 控系统需要引入缩放单元，所述缩放单元可以选定整帧图像中用户感兴趣的 局部区域并将该局部区域进行适当放大，这样显示单元就可以显示放大后的 图像局部区域。通常来说，显示单元的尺寸一般适合显示未放大的一整帧图 像，在图像局部区域放大后，所述显示单元就不能显示一整帧图像了 ，只能 显示放大后的图像局部区域，其余图像区域并不能进行显示。然而，此时监 控系统中的解码单元却依然在对整帧图像进行解码，而解码出来的帧图像数 据只有局部区域能被有效的利用，这样导致系统效率不高、功耗偏大。
发明内容本发明的目的之一在于提供一种图像局部动态放大装置及方法，其可以 直接对用户感兴趣的局部区域的相关部分图像编码数据进行解码，这样提高 了效率、降低了功耗。本发明的目的之二在于提供一种图像处理系统，其可以直接对用户感兴 趣的局部区域的相关部分图像编码数据进行解码，这样提高了效率、降低了 功耗。根据本发明的一方面，本发明提供了一种图像局部动态放大装置，其包括编码单元，用于对输入帧图像进行分段压缩；帧緩存单元，用于緩存帧 图像的各段压缩数据；微控制单元，用于在帧图像中选定局部区域；解码单 元，用于对帧緩存单元中包含选定局部区域的各段压缩数据进行解压缩；缩部区域的解压缩数据并对其进行放大；以及显示接口，用于输出放大后的选 定局部区域的解压缩数据以进行显示。进一步的，所述编码单元还在各段压缩数据之间加入间隔标志，所述帧 緩存单元緩存具有间隔标志的帧图像压缩数据。更进一步的，其还包括有位置存储单元，用于存储各段压缩数据的存储 位置信息。再进一步的，所述编码单元在对输入帧图像中的每一段数据进行压缩后， 将该段压缩数据緩存入帧緩存单元内，之后，所述编码单元输出一间隔标志 至帧緩存单元内，所述间隔标志顺序存储在该段压缩数据后，在编码单元输 出帧图像的第 一字节压缩数据时或输出每一间隔标志后的第 一字节压缩数据 时，同时指令位置存储模块将帧緩存单元里当前的图像压缩数据的存储地址 储存下来作为各段压缩数具的存储位置信息。进一步的，所述编码单元为JPEG编码单元，所述解码单元为JPEG解码单元。更进一步的，在帧图像中选定局部区域后，需要计算出包含选定局部区 域的各段压缩数据，并通过位置存储单元查找出包含选定局部区域的各段压 缩数据的存储位置信息，根据包含选定局部区域的各段压缩数据的存储位置 信息，从帧緩存单元读取包含选定局部区域的各段压缩数据，解码单元才对 帧緩存单元中包含选定局部区域的各段压缩数据进行解压缩。根据本发明的另一方面，本发明提供了一种图像局部动态放大方法，其包括输入帧图像数据；对帧图像数据进行分段独立JPEG压缩，并在各段 压缩数据之间加入间隔标志，将具有间隔标志的帧图像压缩数据緩存入帧緩 存单元，将各段压缩数据的存储位置信息存入位置存储单元；选定帧图象的 局部区域；计算出包含选定局部区域的各段压缩数据，并通过位置存储单元 查找出包含选定局部区域的各段压缩数据的存储位置信息；根据包含选定局 部区域的各段压缩数据的存储位置信息，从帧緩存单元读取包含选定局部区 域的各段压缩数据并对其进行JPEG解压缩；从包含所述选定局部区域的各 段解压缩数据中选取所述选定局部区域的解压缩数据并对其进行放大；以及 将放大后的选定局部区域的解压缩数据进行显示。进一步的，对帧图像数据进行分段独立JPEG压缩，并在各段压缩数据 之间加入间隔标志，将具有间隔标志的帧图像压缩数据緩存入帧緩存单元， 将各段压缩数据的位置信息存入位置存储单元的步骤包括对输入帧图像中 的每一段数据进行JPEG压缩后，将该段压缩数据緩存入帧緩存单元内；输 出一间隔标志至帧緩存单元内，所述间隔标志顺序存储在该段压缩数据后； 在向帧緩存单元输出帧图像的第 一字节压缩数据时或输出每一间隔标志后的 第 一字节压缩数据时，指令位置存储模块将帧緩存单元里当前的图像压缩数 据的存储地址储存下来作为各段压缩数据的存储位置信息。根据本发明的再一方面，本发明提供了一种图像处理系统，编码单元，用于对输入帧图像进行分段JPEG压缩；帧緩存单元，用于緩存帧图像的各 段压缩数据；微控制单元，用于在帧图像中选定局部区域；解码单元，用于 对帧緩存单元中包含选定局部区域的各段压缩数据进行JPEG解压缩。进一步的，所述编码单元还在各段压缩数据之间加入间隔标志，所述帧 緩存单元緩存具有间隔标志的帧图像压缩数据。更进一步的，其还包括有位置存储单元，用于存储各段压缩数据的存储 位置信息。再进一步的，所述编码单元在对输入帧图像中的每一段数据进行压缩后， 将该段压缩数据緩存入帧緩存单元内，之后，所述编码单元输出一间隔标志 至帧緩存单元内，所述间隔标志顺序存储在该段压缩数据后，在编码单元输 出帧图像的第一字节压缩数据时或输出每一间隔标志后的第一字节压缩数据 时，同时指令位置存储模块将帧緩存单元里当前的图像压缩数据的存储地址 储存下来作为各段压缩数具的存储位置信息。再进一步的，在帧图像中选定局部区域后，需要计算出包含选定局部区 域的各段压缩数据，并通过位置存储单元查找出包含选定局部区域的各段压 缩数据的存储位置信息，根据包含选定局部区域的各段压缩数据的存储位置 信息，从帧緩存单元读取包含选定局部区域的各段压缩数据，解码单元才对 帧緩存单元中包含选定局部区域的各段压缩数据进行解压缩。本发明技术方案与现有的方案相比，在对帧图像数据进行JPEG压缩时， 同步产生图像位置信息，并存储于所述位置存储单元内，当用户需要观看感 兴趣的局部区域图像时，所述帧緩存单元可以根据图像位置信息，只送出与 用户感兴趣的局部区域图像有关的压缩图像数据，供JPEG解码单元解压缩， 解压缩后经过缩放单元适当的放大，最终通过显示接口在电视等显示终端上显示感兴趣的局部区域的放大图像，这种动态放大的方案提高了实时显示响 应速度，提高了系统效率，降低了系统功耗。
图1为本发明图像局部动态放大装置的一个实施例的结构方框图；图2为本发明图像局部动态放大装置中的位置存储单元与帧緩存单元的 结构功能示例图；图3是本发明图像局部动态放大装置的局部动态放大操作流程示意图；以及图4是本发明图像局部动态放大方法的 一 个实施例的流程示意图。
具体实施方式以下结合附图对本发明具体实施方式
进行说明。本发明提出了一种图像局部动态放大装置100,图l是本发明的图像局 部动态放大装置的一个实施例的结构示意图。如图l所示，所述图像局部动 态放大装置100包括有图像输入接口 102、 JPEG(Joint Photographic Experts Group，联合图像专家组)编码单元104帧緩存单元ll(X JPEG解码单元112、 缩放单元114、微控制单元(Micro Controller Unit,简称MCU) 116及显示 接口 118。其中，通过所述图像输入接口 102输入帧图像数据，所述JPEG编 码单元104对所述帧图像数据进行压缩或者说编码，并将压缩后的帧图像数 据緩存入帧緩存单元110,所述JPEG解码单元112对帧緩存单元100内的压 缩后的帧图像数据进行解压缩或者说解码，所述缩放单元114对解压缩后的 帧图像数据进行尺寸调整，比如放大、缩小等，经过尺寸调整的帧图像数据 通过所述显示接口 118输送至显示终端上进行显示。所述微控制单元116用 于对各个模块进行控制。值得注意的是，本发明中的图像局部动态放大装置IOO还包括有所述位置存储单元108,通过所述位置存储单元108的引入及相应机制的改进，使 得本发明的图像局部动态放大装置100可以实现仅仅对用户感兴趣的局部区 域的相关部分压缩图像数据进行解压缩，这样提高了效率、降低了功耗。下 面就详细描述一下本发明的实现原理。总体来讲就是，在对帧图像数据进行JPEG压缩时，同步产生图像位置 信息，并存储于所述位置存储单元108内。当用户需要观看感兴趣的局部区 域图像时，所述帧緩存单元1110可以根据图像位置信息，只送出与用户感兴 趣的局部区域图像有关的压缩图像数据，供JPEG解码单元112解压缩，解 压缩后经过缩放单元114适当的放大，最终通过显示接口 118在电视等显示 终端上显示感兴趣的局部区域的放大图像。这种动态通过微控制单元116对 帧緩存单元IIO、 JPEG解码单元112及缩放单元的适当控制，可以实现感兴 趣的局部区域的动态变化。在JPEG标准中，可以在帧图像编码凄t据中加入间隔标志，在每一个间 隔标志之后的一段压缩数据都是重新编码的，也就是说，被间隔标志间隔开 的每段压缩数据都是独立编码的，这意味着，每段压缩数据都可以独立进行 解码。与此相对应，在JPEG标准中，如果不在帧图像压缩数据中加入间隔 标志，此时整帧图像就是一起进行编码的，这意味着，整帧图像数据中的任 何一部分数据都不能被独立解码。本发明正是利用了 JPEG标准的这一特 点，通过在一帧图像压缩数据中加入数个间隔标志，就可以将每帧图像压缩 数据分成若干段独立编码的压缩数据，并记录各段独立编码的压缩数据的存 储位置信息。具体来讲，所述JPEG编码单元104在对帧图像中的一段数据进行压缩 后，将该段压缩数据緩存入帧緩存单元110内，随后，所述JPEG编码单元 104输出 一 间隔标志至帧緩存单元110内，所述间隔标志顺序存储在该段压缩数据后。接下来，所述JPEG编码单元104在对帧图像中的下一段数据进 行压缩后，将该段压缩数据緩存入帧緩存单元110内，随后，所述JPEG编 码单元104输出下一间隔标志至帧緩存单元110内，所述隔标志顺序存储在 该段压缩数据后。重复执行上述操作，所述JPEG编码单元104就可以将整 帧图像编码后緩存入帧缓存单元110中，同时将数个间隔标志加入帧图像压 缩数据中。在JPEG编码单元104输出整帧图像的第 一 字节压缩数据时或输 出每一间隔标志后的第 一字节压缩数据时，同时输出 一个跳跃指针信号给位 置存储模块108，以指令位置存储模块108将帧緩存单元IIO里当前的图像 压缩数据的存储地址储存下来，并记录该存储地址的顺序编号。这样整帧图 像的压缩数据中，图像的起点和每 一 个间隔标志后面的第 一 个字节图像数据 的存储地址就都存储在位置存储单元108里。所述间隔标志的加入位置可以根据需要设置，但由于JPEG编码单元104 是以宏块(8*8、 8*16或16*16的像素块)为最小处理单位的，因此间隔标 志要在最小宏块的整数倍的像素块后加入，比如最小宏块为8*8的像素块， 那么8*32、 8*480、 16*480或32*480的像素块就是其整数倍的4象素块。例如， 在一个实施例中，帧图像为VGA ( 640x480)大小、图像格式为YUV422， 每个宏块(macro block)包括两个Y块(8x8pixels)， 一个U块和一个V块 (相当于8*16的像素块)，那么每8行的图像里就有40宏块，如果设置每段 数据包含宏块的个数为40，那么需要在每8行的压缩数据的结尾就要插入一 个间隔标志，而这时位置存储单元108里就会存储60个地址。图2显示了在 该示例中位置存储单元与帧緩存单元的具体结构，其中的地址数据均为假定 数据，FFDO、 FFD7是间隔标志。请参看图3所示，其是本发明图像局部动态放大装置IOO的局部动态放 大操作流程示意图。下面就结合图3对本发明图像局部动态放大装置100的 局部动态放大操作流程进行具体描述。步骤302，当用户指定感兴趣的局部区域后，将选定局部区域的位置信 息输入微控制单元116。比如还是以帧图像的为VGA ( 640x480)大小、图 像格式为YUV422为例，在选定局部区域为矩形的情况下，所述位置信息可 以是选定局部区域的对角顶点的两坐标，比如(220， 300 )及(280, 380 ), 这就意味着从220列至280列以及300行至380行的像素区域为选定局部区 域。在其他实施例中，所述位置信息还可以以其它形式表现。步骤304，微控制单元116将选定局部区域的位置信息输送给帧緩存单 元110及缩放单元114。步骤306，帧緩存单元110根据收到的选定局部区域的位置信息可以计 算出包含所述选定局部区域的各段压缩数据的段数。在这个实施例中，帧緩 存单元110不仅仅可以緩存数据，还可以用来进行简单的计算。比如还是以 帧图像为VGA ( 640x480 )大小、图像格式为YUV 422为例，同时在每8行 的压缩数据的结尾就要插入一个间隔标志，并且所述位置信息为(220， 300 ) 及(280， 380)，那么300/8=37.5, 380/8=47.5,因此计算出来的段数就是38 和48，这意味着包含所述选定局部区域的各段压缩数据就是第38-48段压缩 数据。虽然第38、 48段压缩数据中的部分数据不是选定局部区域的数据，但 仍然算是包含所述选定局部区域的段压缩数据。当然，在其他的实施例中，在步骤304中，微控制单元116可以不将选 定局部区域的位置信息输送给帧緩存单元110，而在步骤306中，帧緩存单 元110也可以不用来根据收到的选定局部区域的位置信息计算出包含所述选 定局部区域的各段压缩数据的段数，而是由微控制单元116直接根据根据选 定局部区域的位置信息计算出包含所述选定局部区域的各段压缩数据的段 数，并将计算出的所述选定局部区域的各段压缩数据的段数告知帧緩存单元 110。步骤308，帧緩存单元IIO根据各段压缩数据的段数从位置存储单元108 处获得包含所述选定局部区域的各段压缩数据的第 一 字节地址。步骤310，帧緩存单元110根据获得的各段压缩数据的第一字节地址将 包含所述选定局部区域的各段压缩数据输送给JPEG解码单元112。步骤312，所述JPEG解码单元112对收到的包含所述选定局部区域的各 段压缩数据进行解压缩。之前，微控制单元116需要将JPEG解码单元112 此次解码的工作量大小发送给JPEG解码单元112，比如需要解码38-48共 11段压缩数据，那么需要将11*每段压缩数据的工作量发送给JPEG解码单 元。步骤314，根据选定局部区域的位置信息，所述缩放单元114从包含所 述选定局部区域的各段解压缩数据中选取所述选定局部区域的解压缩数据并 对其进行适当放大。所述适当放大是指根据微控制单元116指示对选定局部 区域的解压缩数据进行放大。步骤316，将放大后的选定局部区域的解压缩数据通过显示接口 118在 显示终端上进行显示。通过微控制单元116对帧緩存单元110、 JPEG解码单元及缩放单元114 里相应寄存器的动态修改，可以做到感兴趣区域的动态变化。另外，本发明的技术方案还可以实现为一种图像局部动态放大方法，图 4是示出了本发明图像局部动态放大方法的一个实施例的流程示意图。如图4 所示，所述图像局部动态放大方法包括以下步骤。步骤400，输入帧图像数据。步骤402,对帧图像数据进行分段独立JPEG压缩，并在各段压缩数据 之间加入间隔标志，将具有间隔标志的帧图像压缩数据緩存入帧緩存单元，同时将各段压缩数据的位置信息存入位置存储单元。步骤404,用户选定帧图象的局部区域。步骤406,计算出包含选定局部区域的各段压缩数据，并通过位置存储 单元查找出包含选定局部区域的各段压缩数据的位置信息。步骤408,根据包含选定局部区域的各段压缩数据的位置信息，从帧緩 存单元读取包含选定局部区域的各段压缩数据并对其进行jpeg解压缩。步骤410，从包含所述选定局部区域的各段解压缩数据中选取所述选定 局部区域的解压缩数据并对其进行适当放大。步骤412,将放大后的选定局部区域的解压缩数据进行显示。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方 案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发 明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种图像局部动态放大装置，其特征在于，其包括编码单元，用于对输入帧图像进行分段压缩；帧缓存单元，用于缓存帧图像的各段压缩数据；微控制单元，用于在帧图像中选定局部区域；解码单元，用于对帧缓存单元中包含选定局部区域的各段压缩数据进行解压缩；缩放单元，用于从包含所述选定局部区域的各段解压缩数据中选取所述选定局部区域的解压缩数据并对其进行放大；以及显示接口，用于输出放大后的选定局部区域的解压缩数据以进行显示。
2、 如权利要求1所述的图像局部动态放大装置，其特征在于所述编码 单元还在各段压缩数据之间加入间隔标志，所述帧缓存单元緩存具有间隔标 志的帧图像压缩数据。
3、 如权利要求2所述的图像局部动态放大装置，其特征在于其还包括 有位置存储单元，用于存储各段压缩数据的存储位置信息。
4、 如权利要求3所述的图像局部动态放大装置，其特征在于所述编码 单元在对输入帧图像中的每一段数据进行压缩后，将该段压缩数据緩存入帧 緩存单元内，之后，所述编码单元输出一间隔标志至帧緩存单元内，所述间 隔标志顺序存储在该段压缩数据后，在编码单元输出帧图像的第一字节压缩 数据时或输出每一 间隔标志后的第 一字节压缩数据时，同时指令位置存储模 块将帧緩存单元里当前的图像压缩数据的存储地址储存下来作为各段压缩数 具的存储位置信息。
5、 如权利要求1所述的图像局部动态放大装置，其特征在于所述编码单元为JPEG编码单元，所述解码单元为JPEG解码单元。
6、 如权利要求3所述的图像局部动态放大装置，其特征在于在帧图像 中选定局部区域后，需要计算出包含选定局部区域的各段压缩数据，并通过 位置存储单元查找出包含选定局部区域的各段压缩数据的存储位置信息，根 据包含选定局部区域的各段压缩数据的存储位置信息，从帧緩存单元读取包 含选定局部区域的各段压缩数据，解码单元才对帧緩存单元中包含选定局部 区域的各段压缩数据进行解压缩。
7、 一种图像局部动态放大方法，其特征在于，其包括 输入帧图像数据；对帧图像数据进行分段独立JPEG压缩，并在各段压缩数据之间加入间 隔标志，将具有间隔标志的帧图像压缩数据緩存入帧緩存单元，将各段压缩 数据的存储位置信息存入位置存储单元；选定帧图象的局部区域；计算出包含选定局部区域的各段压缩数据，并通过位置存储单元查找出 包含选定局部区域的各段压缩数据的存储位置信息；根据包含选定局部区域的各段压缩数据的存储位置信息，从帧緩存单元 输出包含选定局部区域的各段压缩数据并对其进行JPEG解压缩；从包含所述选定局部区域的各段解压缩数据中选取所述选定局部区域的 解压缩数据并对其进行放大；以及将放大后的选定局部区域的解压缩数据进行显示。
8、 如权利要求所述7的图像局部动态放大方法，其特征在于对帧图像 数据进行分段独立JPEG压缩，并在各段压缩数据之间加入间隔标志，将具 有间隔标志的帧图像压缩数据緩存入帧緩存单元，将各段压缩数据的位置信 息存入位置存储单元的步骤包括对输入帧图像中的每一段数据进行JPEG压缩后，将该段压缩数据緩存 入帧緩存单元内；输出一间隔标志至帧緩存单元内，所述间隔标志顺序存储在该段压缩数 据后；在向帧緩存单元输出帧图像的第 一字节压缩数据时或输出每一间隔标志 后的第 一字节压缩数据时，指令位置存储模块将帧緩存单元里当前的图像压 缩数据的存储地址储存下来作为各段压缩数据的存储位置信息。
9、 一种图像处理系统，其特征在于，其包括 编码单元，用于对输入帧图像进行分段JPEG压缩； 帧緩存单元，用于緩存帧图像的各段压缩数据； 微控制单元，用于在帧图像中选定局部区域；解码单元，用于对帧緩存单元中包含选定局部区域的各段压缩数据进行 JPEG解压缩。
10、 如权利要求所述9的图像处理系统，其特征在于所述编码单元还 在各段压缩数据之间加入间隔标志，所述帧緩存单元緩存具有间隔标志的帧 图像压缩数据。
11、 如权利要求IO所述的图像处理系统，其特征在于其还包括有位置 存储单元，用于存储各段压缩数据的存储位置信息。
12、 如权利要求11所述的图像处理系统，其特征在于所述编码单元在 对输入帧图像中的每一段数据进行压缩后，将该段压缩数据緩存入帧緩存单 元内，之后，所述编码单元输出一间隔标志至帧緩存单元内，所述间隔标志 顺序存储在该段压缩数据后，在编码单元输出帧图像的第一字节压缩数据时 或输出每一间隔标志后的第一字节压缩数据时，同时指令位置存储模块将帧 緩存单元里当前的图像压缩数据的存储地址储存下来作为各段压缩数具的存储位置信息。
13、如权利要求11所述的图像处理系统，其特征在于在帧图像中选定 局部区域后，需要计算出包含选定局部区域的各段压缩数据，并通过位置存 储单元查找出包含选定局部区域的各段压缩数据的存储位置信息，根据包含 选定局部区域的各段压缩数据的存储位置信息，从帧緩存单元读取包含选定 局部区域的各段压缩数据，解码单元才对帧緩存单元中包含选定局部区域的 各段压缩数据进行解压缩。
全文摘要
本发明公开了一种图像局部动态放大装置、方法以及图像处理系统，所述装置其包括编码单元、帧缓存单元、微控制单元、解码单元、缩放单元、显示接口，其中编码单元对输入帧图像进行分段压缩，帧缓存单元缓存帧图像的各段压缩数据，微控制单元在帧图像中选定局部区域，解码单元对帧缓存单元中包含选定局部区域的各段压缩数据进行解压缩，缩放单元从包含所述选定局部区域的各段解压缩数据中选取所述选定局部区域的解压缩数据并对其进行放大，显示接口输出放大后的选定局部区域的解压缩数据以进行显示。这样，可以直接对用户感兴趣的局部区域的相关部分图像编码数据进行解码，这样提高了效率、降低了功耗。
文档编号H04N7/18GK101237582SQ20081010151
公开日2008年8月6日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者军 付, 张文斌, 源 汪 申请人:北京中星微电子有限公司