一种电视墙图像放大插值方法技术

本发明专利技术提供了一种用于电视墙显示的电视墙图像放大插值方法。本发明专利技术方案首先采用交换对角线像素来实现图像的邻域交换内插放大；然后再采用十字形中值滤波器进行十字形中值滤波。中值滤波消除邻域交换内插法引起的如同点噪声的灰度跃变点，并使用文本特征匹配来进一步改善文本显示质量。方案电路简单，无须加法平均，可实时处理；同时克服了常有的马赛克效应、边缘模糊和邻域交换内插法带来的类点噪声效应，显著提高了电视墙放大图像质量，既适用于传统的电视信号显示，也适用于当今的计算机文本显示，具有明显的经济效益。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子
中的电视墙显示系统，尤其是电视墙图像放大插值方法。重复插值法直接使用原图中的像素值来进行插值，实现方法很简单让地址发生器重复地生成同一读地址。使用同样的读地址，就会输出同样的数据，也就实现了重复插值。同一地址被重复使用的次数就是放大倍数，如图19所示。在数学上可用放大算子来描述重复放大，如图6所示，当中的整个方块都是“1”，即这个方块中像素的灰度值都一样。这就引起了马赛克效应，所谓的马赛克效应是指在电视组合画面显示的放大了图像中，原来的一个像素在水平和垂直方向都要重复N次，使图像看起来是由一块块色块组成的，如同马赛克拼图。马赛克效应又称方块效应。线性插值法(有行内、行间等多种)使用相邻像素值的加权平均值来插值。行内插值是将同一行内相邻像素的加权平均值来插到原两像素之间。行间插值是把相邻两行的各上下对应像素的加权平均值插到原两像素之间。有同时使用行内、行间线性插值的方案，也有使用行内线性插值与行间重复相结合的混合方案。不论是行内或行间线性插值，都需要一个锁存器和一个数字加法器(一般用八位的芯片)来完成加权平均，每个子屏幕要为此增添3～4片集成芯片，如图20所示。据专利文献CN1063191A介绍，在8×8的电视墙图像分配器中共有192个子存储器，共需要增加600～800片集成芯片。在数学上同样可用放大算子来描述线性插值法，如图7所示。由算子可见，不单中心被插值放大的9个像素有值，连周围16个相邻像素都有值，而且各像素上的值以中心最高，然后向四周线性下降。这些值代表加权平均中的“权”。这是线性插值法可以消除马赛克效应但同时又引起图像模糊的原因。重复插值法会引起马赛克效应(又称方块效应)，线性插值法虽然减少了马赛克效应，但是要用加法平均电路，这需要大量的锁存器和加法器，而且会引起图像模糊，降低图像的清晰度。为了减少线性插值法带来的图像模糊，人们提出很多修补方案，但无一例外的都要进一步增加电路的复杂度和降低系统的可靠性。关于电视墙图像放大内插方案的进一步详细说明可参阅《电视技术》在1989.4.、1989.7.、1991.4.的论文，同时可参阅专利文献CN1063191A的原文。专利文献CN1063191A中提出的交换上下左右像素的邻域内插法(具体做法请参看其专利说明书)较好地解决了电视图像的马赛克效应，也减少了图像模糊，所需电路简单。实施时只需要改变地址发生器生成的读地址顺序，使得每一方块中的一部分像素和相邻的上下左右的方块中的一部分像素交换位置，利用人眼的低通滤波特性，将相邻像素平均，产生内插效果，如图21所示。数学上，该方法可用交换算子来描述，如图5所示，对比图6可以看出图6中外围的两行两列都是“0”，而在图5中外围的行列都有一个“1”，这是交换相邻上下左右像素的结果。显然图5中不存在如图6中的“1”方块。这是该方法能消除马赛克效应的原因。但是，该方法的问题是，它会引起如同点噪声的灰度跃变点。这在交换算子中表现为“0”和“1”相互交错，“1”与“1”之间相互孤立。这些灰度跃变点在图像和文本的边缘，由于人眼的视觉效应，显得尤为刺眼。另一方面，该交换算法对笔画单薄的线条、文字，特别是只有单个像素宽(或高)的线条和文字(下面简称“单像素文本”)的显示尤其不利，会产生像素混叠，如图10所示，图10中的文本已经无法辨认。这满足不了当今日益普及的计算机文本显示的需要，其中又以文字信息丰富的网页显示的问题最为突出，所以未见该方案的普及应用。
技术实现思路
为了克服上述内插方案的不足，本专利技术的任务是提供一种可同时显著地减少电视墙图像放大所引起的马赛克效应、图像模糊、尤其是消除类点噪声的灰度跃变等问题的电视墙图像放大插值方法。本专利技术的目的是这样实现的首先，采用交换对角线像素的邻域内插法来实现图像的初步放大内插。交换的方法在数学上可以用交换算子来形象表达。图1-4是本专利技术几个交换算子的例子，为了比较，我们把专利文献CN1063191A中所提出的交换算子图5，以及重复插值的放大算子图6和线性内插的放大算子图7也同时给出(其中图7前的1/9是用于归一化的系数)。图1-6中的“1”代表被交换内插的像素，“0”代表与“1”相邻域的像素。“1”的另外一个含义是，被内插的像素值与原参考值一样，而图7是用于线性内插的，其被内插的像素值为相邻像素值的加权平均和，所以不为1，各像素上的值代表加权平均中的“权”。本专利技术插值放大的过程在数学上表达为一、原图灰度矩阵与插零矩阵卷积，实现放大；二、所得矩阵再与交换矩阵或放大矩阵卷积，完成插值。3×3的插零矩阵如图8所示。对比图1-7，我们就可看出重复放大的马赛克效应，也可以看到线性内插在减少马赛克效应的同时会引起边缘的模糊。而本专利技术与专利文献CN1063191A中交换算子显然都不存在马赛克效应。但是单独交换对角线像素来实现图像放大同样会引起灰度跃变点，而且其图像质量可能不如交换上下左右像素的方法。然后应用十字形中值滤波器来改善图像质量。众所周知，中值滤波器被广泛地用于消除视频信号所携带的点噪声。对于中值滤波器来说，它最重要的两个参数是滤波窗的形状和大小。常用滤波窗的形状有方形，圆形，十字形，X字形等，也有复合使用的。本专利技术所用的滤波窗为十字形，其大小由下面所述的方法确定。即当放大倍数为N×M时(1)N＝M且同为奇数，使用长和高都为N的十字形中值滤波器。例如放大倍数为3×3时，滤波窗为IIIII]]>(2)N＝M且同为偶数，使用长和高都为(N-1)的十字形中值滤波器；(3)若N≠M且它们中的最小值Nmin为奇数，使用长和高都为Nmin的十字形中值滤波器；(4)若N≠M且它们中的最小值Nmin为偶数，使用长和高都为(Nmin-1)的十字形中值滤波器。本专利技术的核心是采用全新的交换对角线像素和十字形中值滤波相结合的方法实现图像的内插放大。十字形中值滤波与本专利技术的交换算子结合使用时效果最佳的原因是因为中值滤波器可明显的消除点噪声，而且可有效的恢复滤波窗内的单调性，即有序度。十字形滤波窗主要恢复水平和垂直方向上的有序度，而本专利技术的交换算子是交换对角线上的像素，使图像中对角线方向的像素得到融合，所以最后得到的图像既可克服马赛克效应，又可消除类点噪声的灰度跃变。但是，十字形中值滤波与专利文献CN1063191A中所述的交换算子相结合时，对放大倍数为3×3没什么作用，对放大倍数大于3×3的会使得图像重新产生马赛克效应。这是因为其交换方案交换的就是水平和垂直方向上的像素，所以十字形中值滤波器会抵消其作用。在电路上实现本专利技术时，首先要更改地址发生器的读地址顺序，以实现交换对角线像素。生成的图像再经过中值滤波器，即可获得输出，如图22所示。要实现中值滤波只需要{/2}个比较器和{/(W-1)}个锁存器，其中W代表滤波窗的大小，3×3时，W为5；5×5时，W为9；依此类推。对3×3放大的情况，W为5，所以只需要9个比较器和4个锁存器，因此本专利技术电路实现简单。如果放大倍数(N×M)中有一个(N或M)是3，则应用文本特征匹配，以改善文本显示质量。使用邻域交换算法会令文本丧失边缘，甚至变得模糊不清，在放大3×3倍的时候情况尤其明显。这可由图9-12可以看出，图9是没放大前的单像素数字“8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电视墙图像放大插值方法，其特征是首先采用交换对角线像素来实现图像的初步放大内插；然后再采用十字型中值滤波器对经过初步放大内插的图像进行滤波。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：成建波，吴援明，杨健君，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]