可重構的并行圖像細節增強方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種可重構的并行圖像細節增強方法，包括：參數預加載、數據緩沖、水平與垂直方向的濾波、核化濾波、過沖抑制、幅度抑制、緩存數據更新；本發明專利技術還涉及一種可重構的并行圖像細節增強裝置，包括局部存儲器、訪存控制單元、通用緩沖器、并行算術邏輯單元ALU、狀態機、并行乘累加器MAC。本發明專利技術增強了圖像細節信號，使紋理區域更加清晰，同時提高了數據的使用效率，減少了運算部件與外圍存儲器之間的數據交互，降低了訪存帶寬壓力，而且可以實現了硬件資源的重復利用。

【技術實現步驟摘要】
可重構的并行圖像細節增強方法和裝置
本專利技術涉及視頻圖像處理領域，具體涉及一種可重構的并行圖像細節增強方法和裝置。
技術介紹
目前，視頻技術的主流發展方向之一為超高清(4K分辨率)顯示技術。相對于高清(1920*1080)視頻，4K視頻的像素數從2M提升到8M，因此對圖像增強算法的畫質和效能提出了更高的要求。傳統的視頻圖像細節增強解決方案主要有針對高清及以下標準的需求設計，在面對4K圖像處理需求時，很有可能處理能力不足的問題；同時4K超高清圖像可以帶來更精細的畫面效果，因此現有細節增強算法應用于4K分辨率圖像時，過沖等負面效果可能會更加容易被觀看者察覺。此外，由于傳統方案通常采用固化算法的專用集成電路芯片作為具體實施方案，在面臨算法升級需求時，成本壓力巨大。因此，需要提出一種新的視頻圖像細節增強解決方案，對該方案的要求是，1能提升圖像銳利度，2對細節增強帶來的過沖、噪聲放大等負面效果有較好的抑制，3滿足實時超高清視頻流的處理需求，4成本可控前提下，具備算法升級潛力。
技術實現思路
為了解決現有技術中的上述問題，本專利技術一方面提出了一種可重構的并行圖像細節增強方法，包括以下步驟：步驟1，將待處理的圖像數據加載至緩沖器；所述待處理的圖像數據為R*Q的像素點陣，其中R或Q的值等于并行度N；所述像素點陣可拆分為多個包含N像素點的一維點陣；步驟2，對所述一維點陣中各待增強像素點，分別并行進行水平與垂直方向的濾波，獲取兩個方向的細節信號；步驟3，對兩個方向的細節信號核化濾波，過濾掉由圖像噪聲引入的微小細節信號；步驟4，通過待增強像素點鄰域兩側的灰度對稱性以及該待增強像素點細節信號強度，對增強后的細節信號強度進行控制，進行過沖抑制，將完成過沖抑制的兩個細節信號相加，獲得這N個像素點的細節信號；步驟5，進一步對步驟4中獲取的細節信號進行幅度抑制；步驟6，依次對待處理的圖像數據中各一維點陣執行步驟2至步驟5進行處理，完成該待處理的圖像數據的細節增強。優選地，所述緩沖器包括NM個大小為N個像素的緩沖單元；所述緩沖器配備有4個讀取端口和4個寫入端口。優選地，所述水平與垂直方向的濾波，所采用的濾波器分別對應為水平NH階和垂直NV階的一維濾波器，分別計算像素點左右各(NH-1)/2個和上下各(NV-1)/2個像素的灰度，并結合該像素點的灰度值獲取該像素點兩個方向的細節信號。優選地，所述的緩沖器為多粒度的離散存儲器結構。優選地，所述水平與垂直方向的濾波，具體為將濾波模板與圖像數據進行空域卷積，其濾波結果表示為：其中，(i，j)表示圖像數據中第i行第j列位置上的像素點，DEH(i,j)表示(i，j)處的水平濾波結果，DEV(i,j)表示(i，j)處的垂直濾波結果，P(i，j)表示圖像第i行第j列位置上的像素灰度，FH(k)表示水平模板第k個元素，FV(t)表示垂直模板第t個元素。優選地，步驟4中所述過沖抑制，是對水平細節信號和垂直細節信號分別進行處理，然后將經過過沖抑制的兩個細節信號相加，獲得最終的細節信號，具體方法為：步驟41，利用待處理像素點的灰度值以及該點左右各(NH-1)/2個和上下各(NV-1)/2個像素的灰度進行絕對差運算，即得到左右各(NH-1)/2個和上下各(NV-1)/2個共四組灰度絕對差；步驟42，求取四組絕對差的均值：Mean_L，Mean_R，Mean_T，Mean_B，即該點左右上下四個灰度差均值；步驟43，計算第一過沖抑制因子alpha和第二過沖抑制因子beta，公式為alpha＝ka*Y_abs_mean其中，ka為設定系數，Y_abs_mean為灰度絕對差均值的絕對差，即|Mean_L-Mean_R|或|Mean_T-Mean_B|，de為細節信號強度，kb為設定的正系數。步驟44，計算過沖抑制因子s＝1-alpha×beta，進行過充抑制，并獲取經過過沖抑制的細節信號de_ss＝de×s。優選地，所述細節信號強度de＝de_h+de_v，其中de_h為水平方向的細節信號強度，de_v為豎直方向的細節信號強度。優選地，步驟5中所述幅度抑制，其方法為：步驟51，將de_ss與細節增強系數gain相乘，得到增強后的細節信號de_gain；步驟52，并按照如下公式進行幅度抑制，并得到最終的細節信號de_final；其中，Th為設定閾值，Max_de為設定最大幅度。優選地，步驟5中進行幅度抑制后的輸出值為Yout＝Yin+de_final，其中Yout和Yin分別為輸出的像素灰度和輸入的像素灰度。優選地，在步驟1之前還包括參數預加載步驟，參數預加載步驟包括：將預先設定的水平與垂直方向的濾波、核化濾波、過沖抑制和幅度抑制中的固化參數加載至通用緩沖器。優選地，步驟1中所述待處理的圖像數據通過對圖像數據按照R*Q的像素點陣順次拆分獲??；步驟1中所述加載至緩沖器，其方法為：按照所述圖像數據的拆分順序，順次選取待處理的圖像數據并通過步驟2～步驟6處理，直至所有待處理的圖像數據處理完畢。本專利技術的另一方面，還提出了一種可重構的并行圖像細節增強裝置，其特征在于，包括局部存儲器、訪存控制單元、通用緩沖器、并行算術邏輯單元ALU、狀態機、并行乘累加器MAC；所述局部存儲器，用于保存輸入輸出圖像數據以及并行視頻圖像對比度增強算法所需參數，該存儲器支持并行訪問；所述訪存控制單元，用于局部存儲器與通用緩沖器之間的數據交換；所述通用緩沖器，用于緩沖一次完整的處理流程所需要的全部數據以及中間結果，該緩沖器可以通過地址直接索引；所述并行算術邏輯單元，用于執行并行視頻圖像對比度增強算法中涉及的非乘法類算術與邏輯運算；其并行度為N；所述狀態機，用于產生所有功能部件的控制信號；所述并行乘累加器，用于對執行乘法相關運算，其并行度為N；所述狀態機分別通過通信線路與并行算術邏輯單元、訪存控制單元、通用緩沖器、并行乘累加器相連接；所述局部存儲器通過通信線路連接訪存控制單元；所述通用緩沖器通過通信線路分別與訪存控制單元、并行算術邏輯單元、并行乘累加器相連接；所述并行算術邏輯單元通過通信線路與并行乘累加器相連接。本專利技術具有以下有益效果：1、增強了圖像細節信號，使紋理區域更加清晰；2、對細節進行增強的同時，有效降低了噪聲和過沖；3、易于對圖像處理算法進行后期優化升級；4、提高了數據的使用效率，減少了運算部件與外圍存儲器之間的數據交互，降低了訪存帶寬壓力；5、通過使用通用緩沖器和狀態機對功能部件進行控制，實現了硬件資源的重復利用。附圖說明圖1是本專利技術可重構的并行圖像細節增強裝置的結構示意圖；圖2是本專利技術提供的并行圖像細節增強方法的流程圖；圖3是依照本專利技術一實施例的通用緩沖器的緩沖區示意圖；圖4是水平7階濾波和垂直5階濾波示例圖；圖5是依照本專利技術實施例核化濾波降噪示例圖；圖6(a)～(d)是過沖現象易發生場景的示例圖；圖7是依照本專利技術實施例過沖抑制因子alpha計算曲線示例圖；圖8是依照本專利技術實施例過沖抑制因子beta計算曲線的示例圖；圖9是依照本專利技術實施例過沖抑制流程的示例圖；圖10是依照本專利技術實施例沿邊緣插值的示例圖。具體實施方式下面參照附圖來描述本專利技術的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本專利技術的技術原理，并非旨在限制本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可重構的并行圖像細節增強方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，將待處理的圖像數據加載至緩沖器；所述待處理的圖像數據為R*Q的像素點陣，其中R或Q的值等于并行度N；所述像素點陣可拆分為多個包含N像素點的一維點陣；步驟2，對所述一維點陣中各待增強像素點，分別并行進行水平與垂直方向的濾波，獲取兩個方向的細節信號；步驟3，對兩個方向的細節信號核化濾波，過濾掉由圖像噪聲引入的微小細節信號；步驟4，通過待增強像素點鄰域兩側的灰度對稱性以及該待增強像素點細節信號強度，對增強后的細節信號強度進行控制，進行過沖抑制，將完成過沖抑制的兩個細節信號相加，獲得這N個像素點的細節信號；步驟5，進一步對步驟4中獲取的細節信號進行幅度抑制；步驟6，依次對待處理的圖像數據中各一維點陣執行步驟2至步驟5進行處理，完成該待處理的圖像數據的細節增強。

【技術特征摘要】
1.一種可重構的并行圖像細節增強方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，將待處理的圖像數據加載至緩沖器；所述待處理的圖像數據為R*Q的像素點陣，其中R或Q的值等于并行度N；所述像素點陣可拆分為多個包含N像素點的一維點陣；步驟2，對所述一維點陣中各待增強像素點，分別并行進行水平與垂直方向的濾波，獲取兩個方向的細節信號；步驟3，對兩個方向的細節信號核化濾波，過濾掉由圖像噪聲引入的微小細節信號；步驟4，通過待增強像素點鄰域兩側的灰度對稱性以及該待增強像素點細節信號強度，對增強后的細節信號強度進行控制，進行過沖抑制，將完成過沖抑制的兩個細節信號相加，獲得這N個像素點的細節信號；步驟5，進一步對步驟4中獲取的細節信號進行幅度抑制；步驟6，依次對待處理的圖像數據中各一維點陣執行步驟2至步驟5進行處理，完成該待處理的圖像數據的細節增強。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述緩沖器包括NM個大小為N個像素的緩沖單元；所述緩沖器配備有4個讀取端口和4個寫入端口。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平與垂直方向的濾波，所采用的濾波器分別對應為水平NH階和垂直NV階的一維濾波器，分別計算像素點左右各(NH-1)/2個和上下各(NV-1)/2個像素的灰度，并結合該像素點的灰度值獲取該像素點兩個方向的細節信號。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的緩沖器為多粒度的離散存儲器結構。5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述水平與垂直方向的濾波，具體為將濾波模板與圖像數據進行空域卷積，其濾波結果表示為：其中，(i，j)表示圖像數據中第i行第j列位置上的像素點，DEH(i,j)表示(i，j)處的水平濾波結果，DEV(i,j)表示(i，j)處的垂直濾波結果，P(i，j)表示圖像第i行第j列位置上的像素灰度，FH(k)表示水平模板第k個元素，FV(t)表示垂直模板第t個元素。6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟4中所述過沖抑制，是對水平細節信號和垂直細節信號分別進行處理，然后將經過過沖抑制的兩個細節信號相加，獲得最終的細節信號，具體方法為：步驟41，利用待處理像素點的灰度值以及該點左右各(NH-1)/2個和上下各(NV-1)/2個像素的灰度進行絕對差運算，即得到左右各(NH-1)/2個和上下各(NV-1)/2個共四組灰度絕對差；步驟42，求取四組絕對差的均值：Mean_L，Mean_R，Mean_T，Mean_B，即該點左右上下四個灰度差均值；步驟43，計算第一過沖抑制因子alpha和第二過沖抑制因子beta，公式為alpha＝ka*Y_abs_mean

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉壯，郭若杉，譚吉來，李瑞玲，韓睿，李晨，
申請(專利權)人：中國科學院自動化研究所，
類型：發明
國別省市：北京,11