图像数据处理方法与图像显示装置的制作方法
专利名称：图像数据处理方法与图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像处理技术，且特别是涉及一种改变图像分辨率的内 插法。
背景技术：
一般而言，显示器的像素分辨率与要显示的图像的像素分辨率不一定会 一致。例如， 一般图像的像素分辨率比显示器的像素分辨率小。因此在图像 显示之前，都会先将图像的像素分辨率转换到配合显示器的像素分辨率，以 利于其后的图像输出。此外，图像在显示器上进行显示时可能需要先进行不
同大小的缩放，这也会使得图像分辨率与显示器分辨率不一致，而需要事先 进行分辨率的转换。上述的问题特别常见于平面的数字电视上。传统上，解 决这种像素分辨率不一致的问题是采用内插法，其依照图像的像素数据计算 出对应显示器的像素位置的像素值，或又称为灰阶值。
至于内插法的机制， 一般也分为线性内差机制与非线性内插机制。对于
非线性内插机制而言，例如是利用弯曲规则(warp-based algorithm),将一 矩形的图像投射到新的一几何图形。在此情形，画面的边缘(margin)区域与 画面的中心区域的内插效果可能会不一样。就弯曲规则的内插法而言，其对 于位于画面中心区域的图像具有较佳的效果，但是却会造成边缘模糊的现 象。图1示出了传统内插法造成物件边缘模糊的现象。在图1中，对于显示 的文字例如"2"的图像10,经内插调整后，其物件边缘会产生模糊的现象12。 由于一般人较注意画面中心区域的图像，因此弯曲规则的内插法很普遍被采 用。然而，为解决上述边缘问题，另外一种非线性内插法，例如采用HemUe 曲线做曲线适合(curve fiUing)计算，以试图同时解决物件边缘模糊的问 题。然而这些问题仍存在。
如果采用线性内插机制，虽然其对于锐利(sharp)物件边缘可以维持其 效果，但是在物件中心区域的内插效果会降低，造成图像失真。另外还有其 它多种传统的内插机制可应用，但是对物件中心区域与物件边缘区域的内插
效果仍有其问题。因此，如何提升图像内插效果，使得图像縮放时更能保持 图像质量的方法仍需要继续研发。
发明内容
本发明提供一种图像数据处理方法，针对图像目标的物件中心区域与物 件边缘区域的特性，提出分别的内插机制，以提升物件中心区域与物件边缘 区域的图像显示质量。
本发明也提供一种图像显示装置，包括能够针对图像目标的物件中心区 域与物件边缘区域的特性，分别进行内插计算，以提升物件中心区域与物件 边缘区域的图像显示质量。
本发明提出 一种图像数据处理方法，包括输入一 图像的多个原像素数据;
决定一 目标像素在该图像的一内插位置；判断该内插位置是属于一物件中心 区域还是一物件边缘区域；进行对应该内插位置的一像素值内插计算。当该 内插位置在该物件中心区域时，则该像素值内插计算以 一第一种计算模式； 当该内插位置在该物件边缘区域时，则该像素值内插计算以一第二种计算模 式。
依照一实施例，在前述图像数据处理方法中，判断该内插位置是属于该 物件中心区域或是该物件边缘区域的该步骤例如包括以该内插位置为中 心，向一第一方向取一第一数量的所述原像素数据以及向一第二方向取一第 二数量的所述原像素数据做为多个分析样本;计算该第一数量的所述原像素 数据的一第一均匀度，以及计算该第二数量的所述原像素数据的一第二均匀 度；计算该第一均匀度与该第二均匀度的一绝对差值；依照一第一逻辑条件 决定该内插位置要进行该第一种计算模式还是该第二种计算模式的一决定 计算模式。其中该第一逻辑条件为当该绝对差值小于一第一闹值时且该第一 均匀度与该第二均匀度的至少其一大于一第二阈值时，该决定计算模式应该
是第一种计算模式；否则该决定计算模式应该是该第二种计算模式。
依照一实施例，在前述图像数据处理方法中，还包括进行再修正步骤 以该内插位置为一物件中心点，取一奇数量W的该决定计算模式做为 一检查 窗，且依照一第二逻辑条件再对该决定计算模式做修正。其中该第二逻辑条 件包括得到在该检查窗中，属于该第一种计算模式的数量S;以及检查是否S 〉(W-1)/2，如果正确则设定为该第一种计算模式，否则设定为该第二种计
算模式。
依照一实施例，在前述图像数据处理方法中，例如该第一种计算模式是 一低通滤波内插机制，而该第二种计算模式例如是一线性内插机制。
本发明也提出一种图像显示装置，包括一图像缩放装置，接收该图像的
多个原像素数据，经过图像缩放后再输出。此图像缩放装置包括一第一电
路单元用以决定一 目标像素在该图像的一内插位置。 一第二电路单元用以判 断该目标像素的该内插位置是属于一物件中心区域还是一物件边缘区域，以 产生对应该目标像素的一判断结果。 一第三电路单元用以根据该判断结果， 选择一像素值内插计算模式，以进行像素值内插计算。
为使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较 佳实施例，并结合附图详细说明如下。
图1示出了传统低通滤波内插法造成物件边缘模糊的现象。
图2示出了依据本发明实施例，图像像素内插方法示意图。 图3示出了本发明所采用的图像改变清晰度的机制。 图4示出了依据本发明一实施例，判断内插点是否在物件边缘区域的机 制示意图。
图5示出了依照本发明一实施例，原像素分辨率与目标像素分辨率的关 系示意图。
图6示出了依据本发明一实施例，决定以何种模式进行内插计算的机制 示意图。
图7示出了依据本发明一实施例的第二阶段判断逻辑示意图。
图8A示出了依据本发明一实施例，半频段低通滤波节点h(n)的波形示意图。
图8B示出了依据本发明一实施例，对应图8A在频率空间的分布示意图。 图9示出了依据本发明 一实施例，采用半频段低通滤波内插的运算机制。 图IO示出了依据本发明一实施例，采用线性内插的运算机制。 图11示出了依据本发明一实施例，图像显示装置方块示意图。
附图符号说明10 : 图像
12 : 模糊现象 100-104 :步骤
200 : 原始像素
202 : 内插像素
300 : 原像素资料
302 : 内插点
400 : 原像素
402 : 内插像素 500-506 :步骤
600 : 检查窗
602 : 内插点
604 : 检查窗
900、 904 :上取才羊器(up-sampler) 902、 906 :滤波器 908 :线性内插方块
1000 :第一阶处理电路
1002 :第二阶处理电路
1004 :第三阶处理电路
1006 :图像缩放装置
1008 :图像显示装置
具体实施例方式
本发明经过对传统的图像内插机制对影响造成的效应做详细分析后，本 发明提出一种内插方法，针对一图像的物件(object)中心区域像素采用低通 滤波内插机制而在物件边缘区域的像素采用线性内插机制，如此可以同时保 持在物件中心区域中内插计算后的像素值能保有原图像的特质，另外在图像 物件边缘区域的表现也能维持原有物件边缘的效果。
图2示出了依据本发明实施例，图像像素内插方法示意图。参考图2, 本发明的图像数据处理方法，包括输入一图像的多个原像素数据。例如当此 图像针对显示器，需要做大小或是像素分辨率的调整得到一目标像素时，在
步骤100,决定目标像素在输入图像的一内插位置。接着在步骤102,判断
该内插位置是属于输入的原图像的一物件中心区域还是一物件边缘区域的 模式。接着，进行对应此内插位置的一像素值内插计算。其中，当内插位置 在物件中心区域时，则此像素值内插计算是以一第一种计算模式进行计算。 当内插位置在物件边缘区域时，则像素值内插计算是以一第二种计算模式进
行计算。第一种计算模式例如是低通滤波(Low-pass filtering)内插模式。 第二种计算模式例如是线性内插模式。经过内插计算后的目标像素构成新的 图像可以输出到后续的显示电路。
换句话说，对于图像显示装置而言，可以将上述的内插方法做成电路， 设置在图像显示装置中，以做为图像显示装置的一部分。换句话说，图像显 示装置除了主要电路以外还包括图像缩放装置，用以接收输入图像的多个原 像素数据，经过图像缩放后再输出。图像缩放装置例如包括一第一电路单 元执行步骤IOO，寻找决定一目标像素在输入图像的一内插位置。 一第二电 路单元执行步骤102,判断内插位置是属于一物件中心区域还是一物件边缘 区域。 一第三电路单元执行步骤104,进行对应内插位置的像素值内插计算， 其中当内插位置在物件中心区域时，则像素值内插计算采取一第 一种计算模 式；当该内插位置在该物件边缘区域时，则像素值内插计算采取一第二种计 算模式。
在此请注意，前述的图像显示装置，并未限制以纯硬件或电路的方式加 以实作；在实际应用中，也可以硬件(处理器)执行软件(固体)的方式，来执 行前述的各步骤；如此的相对应变化，也属本发明的范畴。
本发明采用两种内插机制，针对不同区域的特性采取不同的内插机制， 因此图像的物件中间区域与物件边缘区域的图像都能维持更多的原始图像 信息。
以下更详细描述本发明的机制。图3示出了本发明所采用的图像改变清 晰度的机制。参考图3，例如对于一原始图像的一显示线或是一线图框(line frame)而言，上面有很多原始像素200。在此实例中，例如原始图像的像素 分辨率比显示装置的内插像素202的分辨率小，则在所对应的像素位置上(虛 线点)，根据相邻的两个像素的灰阶数据，采用内插法得到在内插位置所对 应像素202的灰阶数据。
一般而言，如果以调整率(scaling rate， R)代表要所要内插的位置来 表示，则内插点的相隔距离为1/R，而其位置即是n/R。在图3中的例子， 内插像素202例如是在虚线箭头标示的位置，重新均匀分配内插点。其中如 果取R-16/9为例，则内插点的位置是O、 9/16、 18/16、...等，其也对应在 后续会描述的图5实例中的虚线箭头位置。
接着描述如何决定像素是否在目标中间区域或是在物件边缘区域的机 制。为了确定内插点的位置是在目标中间区域还是在物件边缘区域，可以分 析像素数据的分布，不必限定于特定的方法，然而不同机制会有不同的复杂 度，造成不同的计算负载，以及不同的准度。本发明举一实施例，做为说明。
图4示出了依据本发明一实施例，判断内插点是否在物件边缘区域的机 制示意图。参考图4,例如取与内插点302邻近的一数量的原像素数据300。 在此实施例取十点像素数据P0-P9为例，以内插点302为中心，分为左边与 右边的原像素点。这里"左边"与"右边"，仅是用来方便描述的用词以描述两 边的像素点。
图5示出了依照本发明一实施例，原像素分辨率与目标像素分辨率的关 系示意图。如图3所述，根据原像素400的分辨率要对应到较高像素分辨率 的目标图像为例，其调整率R例如是R=16/9,因例如对于五个原像素400 的范围，分为16等分。内插像素402的位置分布在此16等分的对应位置上。 如果第一个内插点在原像素点上，则第二个内插点的位置在9/16的位置上， 以此间隔分别对应一内插点。如图4所述，相对一内差点耳又10个原4象素点 为例做分析。然而， 一般原则下每一边只要取一适当数量即可，不必左右边 的数量相等，而总数量也不必取10个原像素点。实际上，可以根据所采用 的机制以及计算速度的考虑来决定。
接着描述本发明的决定机制。图6示出了依据本发明一实施例，决定以 何种模式进行内插计算的机制示意图。参考图6,在步骤500，计算左边的 原像素数据的一左边均匀度，以及计算右边的原像素数据的一右边均匀度。 左边均匀度的计算例如
(1) SADL=abs (pl-pO)+ abs (p2-pi) +abs (p3-pl),
其中abs()代表取绝对值，p0-p3代表对应图4的原像素数据，例如灰 阶值。依相同原则计算右边均匀度
(2) SADR=abs (p9-p8)+ abs (p8-p7) +abs (p7-p6)。 接着计算左边均匀度与右边均匀度的均匀度绝对差值
(3) DiffSAD - abs (SADL-SADR)。
另外，上述的计算是用来判定是否内插点位于物件中心区域或是物件边 缘区域。实际的内插值计算是根据内插计算模式计算。因此，如果必要的话， 也可以计算左边平均值与右边平均值
(4) AVGL = (p3+p4+l)/2; AVGR = (p5+p6+l)/2,
其中加1是小数点取整数后进位的作用。
接着在步骤502，本发明实施例提出一判断机制，以决定是否线性内插 或是低通滤波内插。在步骤502中，"&&"代表"与"逻辑运算,而"l l"代表"或" 逻辑运算。首先检查均匀度绝对差值是否小于一阈值(threshold) th0。如 果是小于阈值thO,其代表内插点可能是落在物件中心区域。为了更准确判 断，同时也检查左边均匀度SADL或是右边均匀度SADR大于一阈值thl。当 两个条件都成立时，此内差点被判定为属于物件中心区域，例如对应此内插 点记录M-1的值(其作为该目标像素的判断结果)。否则，其它不成立的内插 点例如记录为M=0。 M=l的内差点是以低通滤波内插法做计算。M=0内差点是 以线性内插法504做计算。上述的判断逻辑的原理在于若该目标像素(欲 进行内插的像素位置)位于目标的中心区域，那么理论上其两侧的像素均匀 度的差异并不会过大；而另一方面，若目标像素位于目标的边缘，那么像素 均匀度的差异理论上会有较强烈的变化(本发明利用阈值th0进行前述的判 断)。此外，在本实施例中，为了排除例如整个区域是相同的像素值的情形， 本发明判断是否至少有一均匀度大于阔值thl，若有，才判断目标像素位于 目标中间区域。
然而，在此请注意，前述的判断机制仅为本发明的一实施例，而非本发 明的限制，凡所有能够判断该目标像素位于物件中心区域或物件边缘区域的 方法或装置，皆属本发明的范畴；举例来说，虽然在前述的披露之中，采用 一维的像素信息来进行目标像素的相对位置判断，然而，在实际运作上，实
可同时采用二维或三维的像素信息来进行目标像素的相对位置判断，而不以 一维的像素信息为限。
线性内插法504 —般例如采用相邻两个原像素数据做为参考值。然而， 这不是唯一的方式。例如也可以取前述式(4)的平均值做为线性内插的参考 值。至于低通滤波内插机制506的本身而言是一般已知的内插方法，其细节
不继续描述。
为了更确保判断的正确性，可以再进一步计算。图7示出了依据本发明 一实施例的第二阶段判断逻辑示意图。根据前述分析判断，每一个对应像素
的内插点都有一判断结果M。接着取有奇数量内插点的一检查窗600,其宽 度例如是W-9。对于内插点602而言，例如M-1。接着计算在检查窗600中 所有内插点的判断结果属于M-1的数量。由于M值是"1"或是"0"，因此直接 把内插点的M值相加得到S-2。接着检查是否S>(W-l)/2。如果此条件成立， 则将此内插点确定为低通滤波内插模式，即是M4;否则此内插点确定为线 性内插模式，即是M-O。以此实例而言，由于条件不成立，此内插点602被 改变为以线性内插计算。因此到新的检查窗604的M值分布被改变。此检查 窗600会沿着一线图框(line frame)的内插点扫瞄检查。依照实际的设计， 改变后的检查窗604的值，会与下一个检查窗600重叠判断。但是有可以釆 用检查窗600都以第一阶段所得到的原M值来判断。
一般低通滤波内插的计算，例如低通滤波内插计算颇为复杂，特别是调 整率R值太大，会造成计算负载过大，而降低操作速度。对于电视而言，其 R值一般会实质上不大于4。例如原始电视信号是640x480,而水平显示线被 转换成1920像素的图像时，可以做四次的过取样(over-sampling),因此可 以简化采用半频段(half-band)低通滤波内插机制。图8A示出了依据本发 明一实施例，半频段低通滤波节点(node) h(n)的波形示意图。图8B示出了 依据本发明一实施例，对应图8A在频率空间(frequency domain)的分布示 意图。滤波节点h(n)的n为3、 -2、 -1、 0、 1、 2、 3…。对于半频段滤 波而言，改变为h(O)-l, h(n)=0, n为奇数，因此只有偶数点有实际值。对 于lh(co)l,在tt/2切断，构成半波段滤波。另外，分布上的小涟波(ripple) 震荡有相等幅度。接着利用半频段的计算，如图9所示，包括先经过两倍的 上取样器(叩-sampler) 900以及滤波器902的运算后，在重复上取样器904 以及滤波器906的运算，得到参考像素值，而后根据参考像素值再利用线性 内插方块908计算，得到属于物件中心区域的内插像素数据。虽然实际的运 算较为复杂，但是本领域技术人员了解，不予详述。
另外，如果是属于物件边缘区域的内插点，则直接采用线性内插计算， 如图10所示，依照内插位置的比率r做计算。其中例如PO与Pl是两个原 像素点的像素值。
根据上述的处理机制，本发明例如可以将上述的方法，结合硬件电路来 实施。图11示出了依据本发明一实施例，图像显示装置方块示意图。参考
图11,如先前图2的描述，图像显示装置1008除了其它所需电路单元外， 可以配置一图像缩放装置1006，接收该图像的多个原像素数据，经过图像缩 放后再输出。图像缩放装置1006例如包括一第一电路单元1000接收信号输 入，用以决定一目标像素在该图像的一内插位置。也就是说、在图2的步骤 100所要进行的操作可以结合全部硬件、或是结合部分硬件与部分软件来实 现。接着，第二电路单元1002对应图2的步骤102的操作，判断该目标像 素的该内插位置是属于一物件中心区域或是一物件边缘区域，以产生对应该 目标像素的一判断结果。第三电路单元1004对应图2的步骤104的操作， 根据该判断结果，选择一像素值内插计算模式，以进行像素值内插计算。而 后，被适当缩放后的图像信号被输出。于此，每一电路单元也可以对应所需 要的功能，增加对应的电路。至于实际的电路设计是本领域技术人员可以了 解实现的，其细节不予详述。本发明采用两种内插模式，针对物件中心区域 与物件边缘区域做不同模式的内插，可以提升内插效果，维持更多原图像物 件边缘的特性。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领 域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当可作若干的更改与 修饰，因此本发明的保护范围当以本发明的权利要求为准。
权利要求
1.一种图像数据处理方法，包括输入一图像的多个原像素数据；决定一目标像素在该图像的一内插位置；判断该目标像素的该内插位置是属于一物件中心区域还是一物件边缘区域，以产生对应该目标像素的一判断结果；以及根据该判断结果，选择一像素值内插计算模式，以进行像素值内插计算。
2. 如权利要求1所述的图像数据处理方法，其中判断该内插位置是属 于该物件中心区域还是该物件边缘区域的该步骤包括以该内插位置为中心，向一第一方向取一第 一数量的所述原像素数据以 及向一第二方向取一第二数量的所述原像素数据做为多个分析样本；计算该第 一数量的所述原像素数据的 一第 一均匀度，以及计算该第二数 量的所述原像素数据的 一 第二均匀度；计算该第一均匀度与该第二均匀度的一绝对差值；以及当该绝对差值小于一第一阈值时且该第一均匀度与该第二均匀度的至 少其一大于一第二阈值时，判断该目标像素的该内插位置是属于该物件中心 区域，否则，判断该目标像素的该内插位置是属于该物件边缘区域。
3. 如权利要求2所述的图像数据处理方法，其中还包括进行再修正步骤以该内插位置为一中心点，取一奇数量W的该判断结果做为一检查窗； 在该检查窗的多个该判断结果中，取得判断该内插位置属于该物件中心区域的数量S;以及检查是否S> (W-1)/2，若是，则确定该目标像素的该内插位置属于该物件中心区域，否则，则将该目标像素修改为属于该物件边缘区域。
4. 如权利要求3所述的图像数据处理方法，其中该检查窗沿着一显示 线移动，以进行对应修正。
5. 如权利要求1所述的图像数据处理方法，其中根据该判断结果选择 该像素值内插计算模式的步骤包含有若该目标像素的该内插位置属于该物件中心区域，则选择一 一一 线性内插 机制，来进行像素值内插计算。
6. 如权利要求5所述的图像数据处理方法，其中该非线性内插机制为 一低通滤波内插才几制。
7. 如权利要求6所述的图像数据处理方法，其中该低通滤波内插机制 是半频段低通滤波内插机制。
8. 如权利要求1所述的图像数据处理方法，其中根据该判断结果选择 该像素值内插计算模式的步骤包含有若该目标像素的该内插位置属于该物件边缘区域，则选^^一线性内插机 制，来进行像素值内插计算。
9. 如权利要求8所述的图像数据处理方法，其中该线性内插机制的两 个像素参考数据是该内插位置两边的两个原像素数据，或是两边的两个原像素平均数据。
10. —种图像显示装置，包括一图像缩放装置，接收该图像的多个原像素数据，经过图像缩放后再输 出，该图像缩放装置包括一第一电路单元，决定一 目标像素在该图像的一内插位置；一第二电路单元，判断该目标像素的该内插位置是属于一物件中心区域 还是一物件边缘区域，以产生对应该目标像素的一判断结果；以及一第三电路单元，根据该判断结果，选择一像素值内插计算模式，以进 行像素值内插计算。
11. 如权利要求10所述的图像显示装置，其中判断该内插位置是属于 该物件中心区域还是该物件边缘区域的 一功能电路执行以该内插位置为目标中心，向一第一方向取一第一数量的所述原像素 数据以及向 一第二方向取一第二数量的所述原像素数据做为多个分析样本；计算该第 一数量的所述原像素数据的 一 第 一 均匀度，以及计算该第二数 量的所述原像素数据的一第二均匀度；计算该第一均匀度与该第二均匀度的一绝对差值；以及 依照一第 一逻辑条件决定该内插位置要进行该第 一种计算模式还是该 第二种计算模式的一决定计算模式，其中该第 一逻辑条件为当该绝对差值小于一第一闹值时且该第一均匀度与该第二均匀度的至 少其 一 大于 一 第二阈值时，判断该目标像素的该内插位置是属于该物件中'"、 区域，否则，判断该目标像素的该内插位置是属于该物件边缘区域。
其中若该第二电路单元判断 则该第三电路单元选择选择
12. 如权利要求11所述的图像显示装置，其中还包括进行再修正功能: 以该内插位置为 一物件中心点，取一 奇数量W的判断结果做为 一检查窗； 在该检查窗的多个该判断结果中，取得判断该内插位置属于该物件中心区域的数量S;以及检查是否S〉 (W-1)/2,若是，则确定该目标像素的该内插位置属于该 物件中心区域，否则，则将该目标像素修改为属于该物件边缘区域。
13. 如权利要求12所述的图像显示装置，其中该^^查窗沿着一显示线 移动，以进行对应修正。
14. 如权利要求10所述的图像显示装置， 该目标像素的该内插位置属于该物件中心区域 一非线性内插机制，来进行像素值内插计算。
15. 如权利要求14所述的图像显示装置，其中该非线性内插机制是一 j氐通滤波内插才几制。
16. 如权利要求15所述的图像显示装置，其中该低通滤波内插机制是 半频段低通滤波内插机制。
17. 如权利要求10所述的图像显示装置， 该目标像素的该内插位置属于该物件边缘区域， 一线性内插机制，来进行像素值内插计算。
18. 如权利要求17所述的图像显示装置，其中该线性内插机制的两个 像素参考数据是该内插位置两边的两个原像素数据，或是两边的两个原像素 平均数据。其中若该第二电路单元判断 则该第三电路单元选择选择
全文摘要
一种图像数据处理方法，包括输入一图像的多个原像素数据；决定一目标像素在该图像的一内插位置；判断该内插位置是属于一物件(object)中心区域还是一物件边缘区域；进行对应该内插位置的一像素值内插计算。当该内插位置在该物件中心区域时，则该像素值内插计算以一第一种计算模式；当该内插位置在该物件边缘区域时，则该像素值内插计算以一第二种计算模式。第一种计算模式例如是低通滤波内插模式。第二种计算模式例如是线性内插模式。
文档编号G09G5/391GK101350187SQ20071013643
公开日2009年1月21日 申请日期2007年7月16日 优先权日2007年7月16日
发明者林明育, 胡博钦, 蔡维宸 申请人:联詠科技股份有限公司
技术领域：
本发明涉及一种图像处理技术，且特别是涉及一种改变图像分辨率的内 插法。
背景技术：
一般而言，显示器的像素分辨率与要显示的图像的像素分辨率不一定会 一致。例如， 一般图像的像素分辨率比显示器的像素分辨率小。因此在图像 显示之前，都会先将图像的像素分辨率转换到配合显示器的像素分辨率，以 利于其后的图像输出。此外，图像在显示器上进行显示时可能需要先进行不
同大小的缩放，这也会使得图像分辨率与显示器分辨率不一致，而需要事先 进行分辨率的转换。上述的问题特别常见于平面的数字电视上。传统上，解 决这种像素分辨率不一致的问题是采用内插法，其依照图像的像素数据计算 出对应显示器的像素位置的像素值，或又称为灰阶值。
至于内插法的机制， 一般也分为线性内差机制与非线性内插机制。对于
非线性内插机制而言，例如是利用弯曲规则(warp-based algorithm),将一 矩形的图像投射到新的一几何图形。在此情形，画面的边缘(margin)区域与 画面的中心区域的内插效果可能会不一样。就弯曲规则的内插法而言，其对 于位于画面中心区域的图像具有较佳的效果，但是却会造成边缘模糊的现 象。图1示出了传统内插法造成物件边缘模糊的现象。在图1中，对于显示 的文字例如"2"的图像10,经内插调整后，其物件边缘会产生模糊的现象12。 由于一般人较注意画面中心区域的图像，因此弯曲规则的内插法很普遍被采 用。然而，为解决上述边缘问题，另外一种非线性内插法，例如采用HemUe 曲线做曲线适合(curve fiUing)计算，以试图同时解决物件边缘模糊的问 题。然而这些问题仍存在。
如果采用线性内插机制，虽然其对于锐利(sharp)物件边缘可以维持其 效果，但是在物件中心区域的内插效果会降低，造成图像失真。另外还有其 它多种传统的内插机制可应用，但是对物件中心区域与物件边缘区域的内插
效果仍有其问题。因此，如何提升图像内插效果，使得图像縮放时更能保持 图像质量的方法仍需要继续研发。
发明内容
本发明提供一种图像数据处理方法，针对图像目标的物件中心区域与物 件边缘区域的特性，提出分别的内插机制，以提升物件中心区域与物件边缘 区域的图像显示质量。
本发明也提供一种图像显示装置，包括能够针对图像目标的物件中心区 域与物件边缘区域的特性，分别进行内插计算，以提升物件中心区域与物件 边缘区域的图像显示质量。
本发明提出 一种图像数据处理方法，包括输入一 图像的多个原像素数据;
决定一 目标像素在该图像的一内插位置；判断该内插位置是属于一物件中心 区域还是一物件边缘区域；进行对应该内插位置的一像素值内插计算。当该 内插位置在该物件中心区域时，则该像素值内插计算以 一第一种计算模式； 当该内插位置在该物件边缘区域时，则该像素值内插计算以一第二种计算模 式。
依照一实施例，在前述图像数据处理方法中，判断该内插位置是属于该 物件中心区域或是该物件边缘区域的该步骤例如包括以该内插位置为中 心，向一第一方向取一第一数量的所述原像素数据以及向一第二方向取一第 二数量的所述原像素数据做为多个分析样本;计算该第一数量的所述原像素 数据的一第一均匀度，以及计算该第二数量的所述原像素数据的一第二均匀 度；计算该第一均匀度与该第二均匀度的一绝对差值；依照一第一逻辑条件 决定该内插位置要进行该第一种计算模式还是该第二种计算模式的一决定 计算模式。其中该第一逻辑条件为当该绝对差值小于一第一闹值时且该第一 均匀度与该第二均匀度的至少其一大于一第二阈值时，该决定计算模式应该
是第一种计算模式；否则该决定计算模式应该是该第二种计算模式。
依照一实施例，在前述图像数据处理方法中，还包括进行再修正步骤 以该内插位置为一物件中心点，取一奇数量W的该决定计算模式做为 一检查 窗，且依照一第二逻辑条件再对该决定计算模式做修正。其中该第二逻辑条 件包括得到在该检查窗中，属于该第一种计算模式的数量S;以及检查是否S 〉(W-1)/2，如果正确则设定为该第一种计算模式，否则设定为该第二种计
算模式。
依照一实施例，在前述图像数据处理方法中，例如该第一种计算模式是 一低通滤波内插机制，而该第二种计算模式例如是一线性内插机制。
本发明也提出一种图像显示装置，包括一图像缩放装置，接收该图像的
多个原像素数据，经过图像缩放后再输出。此图像缩放装置包括一第一电
路单元用以决定一 目标像素在该图像的一内插位置。 一第二电路单元用以判 断该目标像素的该内插位置是属于一物件中心区域还是一物件边缘区域，以 产生对应该目标像素的一判断结果。 一第三电路单元用以根据该判断结果， 选择一像素值内插计算模式，以进行像素值内插计算。
为使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较 佳实施例，并结合附图详细说明如下。
图1示出了传统低通滤波内插法造成物件边缘模糊的现象。
图2示出了依据本发明实施例，图像像素内插方法示意图。 图3示出了本发明所采用的图像改变清晰度的机制。 图4示出了依据本发明一实施例，判断内插点是否在物件边缘区域的机 制示意图。
图5示出了依照本发明一实施例，原像素分辨率与目标像素分辨率的关 系示意图。
图6示出了依据本发明一实施例，决定以何种模式进行内插计算的机制 示意图。
图7示出了依据本发明一实施例的第二阶段判断逻辑示意图。
图8A示出了依据本发明一实施例，半频段低通滤波节点h(n)的波形示意图。
图8B示出了依据本发明一实施例，对应图8A在频率空间的分布示意图。 图9示出了依据本发明 一实施例，采用半频段低通滤波内插的运算机制。 图IO示出了依据本发明一实施例，采用线性内插的运算机制。 图11示出了依据本发明一实施例，图像显示装置方块示意图。
附图符号说明10 : 图像
12 : 模糊现象 100-104 :步骤
200 : 原始像素
202 : 内插像素
300 : 原像素资料
302 : 内插点
400 : 原像素
402 : 内插像素 500-506 :步骤
600 : 检查窗
602 : 内插点
604 : 检查窗
900、 904 :上取才羊器(up-sampler) 902、 906 :滤波器 908 :线性内插方块
1000 :第一阶处理电路
1002 :第二阶处理电路
1004 :第三阶处理电路
1006 :图像缩放装置
1008 :图像显示装置
具体实施例方式
本发明经过对传统的图像内插机制对影响造成的效应做详细分析后，本 发明提出一种内插方法，针对一图像的物件(object)中心区域像素采用低通 滤波内插机制而在物件边缘区域的像素采用线性内插机制，如此可以同时保 持在物件中心区域中内插计算后的像素值能保有原图像的特质，另外在图像 物件边缘区域的表现也能维持原有物件边缘的效果。
图2示出了依据本发明实施例，图像像素内插方法示意图。参考图2, 本发明的图像数据处理方法，包括输入一图像的多个原像素数据。例如当此 图像针对显示器，需要做大小或是像素分辨率的调整得到一目标像素时，在
步骤100,决定目标像素在输入图像的一内插位置。接着在步骤102,判断
该内插位置是属于输入的原图像的一物件中心区域还是一物件边缘区域的 模式。接着，进行对应此内插位置的一像素值内插计算。其中，当内插位置 在物件中心区域时，则此像素值内插计算是以一第一种计算模式进行计算。 当内插位置在物件边缘区域时，则像素值内插计算是以一第二种计算模式进
行计算。第一种计算模式例如是低通滤波(Low-pass filtering)内插模式。 第二种计算模式例如是线性内插模式。经过内插计算后的目标像素构成新的 图像可以输出到后续的显示电路。
换句话说，对于图像显示装置而言，可以将上述的内插方法做成电路， 设置在图像显示装置中，以做为图像显示装置的一部分。换句话说，图像显 示装置除了主要电路以外还包括图像缩放装置，用以接收输入图像的多个原 像素数据，经过图像缩放后再输出。图像缩放装置例如包括一第一电路单 元执行步骤IOO，寻找决定一目标像素在输入图像的一内插位置。 一第二电 路单元执行步骤102,判断内插位置是属于一物件中心区域还是一物件边缘 区域。 一第三电路单元执行步骤104,进行对应内插位置的像素值内插计算， 其中当内插位置在物件中心区域时，则像素值内插计算采取一第 一种计算模 式；当该内插位置在该物件边缘区域时，则像素值内插计算采取一第二种计 算模式。
在此请注意，前述的图像显示装置，并未限制以纯硬件或电路的方式加 以实作；在实际应用中，也可以硬件(处理器)执行软件(固体)的方式，来执 行前述的各步骤；如此的相对应变化，也属本发明的范畴。
本发明采用两种内插机制，针对不同区域的特性采取不同的内插机制， 因此图像的物件中间区域与物件边缘区域的图像都能维持更多的原始图像 信息。
以下更详细描述本发明的机制。图3示出了本发明所采用的图像改变清 晰度的机制。参考图3，例如对于一原始图像的一显示线或是一线图框(line frame)而言，上面有很多原始像素200。在此实例中，例如原始图像的像素 分辨率比显示装置的内插像素202的分辨率小，则在所对应的像素位置上(虛 线点)，根据相邻的两个像素的灰阶数据，采用内插法得到在内插位置所对 应像素202的灰阶数据。
一般而言，如果以调整率(scaling rate， R)代表要所要内插的位置来 表示，则内插点的相隔距离为1/R，而其位置即是n/R。在图3中的例子， 内插像素202例如是在虚线箭头标示的位置，重新均匀分配内插点。其中如 果取R-16/9为例，则内插点的位置是O、 9/16、 18/16、...等，其也对应在 后续会描述的图5实例中的虚线箭头位置。
接着描述如何决定像素是否在目标中间区域或是在物件边缘区域的机 制。为了确定内插点的位置是在目标中间区域还是在物件边缘区域，可以分 析像素数据的分布，不必限定于特定的方法，然而不同机制会有不同的复杂 度，造成不同的计算负载，以及不同的准度。本发明举一实施例，做为说明。
图4示出了依据本发明一实施例，判断内插点是否在物件边缘区域的机 制示意图。参考图4,例如取与内插点302邻近的一数量的原像素数据300。 在此实施例取十点像素数据P0-P9为例，以内插点302为中心，分为左边与 右边的原像素点。这里"左边"与"右边"，仅是用来方便描述的用词以描述两 边的像素点。
图5示出了依照本发明一实施例，原像素分辨率与目标像素分辨率的关 系示意图。如图3所述，根据原像素400的分辨率要对应到较高像素分辨率 的目标图像为例，其调整率R例如是R=16/9,因例如对于五个原像素400 的范围，分为16等分。内插像素402的位置分布在此16等分的对应位置上。 如果第一个内插点在原像素点上，则第二个内插点的位置在9/16的位置上， 以此间隔分别对应一内插点。如图4所述，相对一内差点耳又10个原4象素点 为例做分析。然而， 一般原则下每一边只要取一适当数量即可，不必左右边 的数量相等，而总数量也不必取10个原像素点。实际上，可以根据所采用 的机制以及计算速度的考虑来决定。
接着描述本发明的决定机制。图6示出了依据本发明一实施例，决定以 何种模式进行内插计算的机制示意图。参考图6,在步骤500，计算左边的 原像素数据的一左边均匀度，以及计算右边的原像素数据的一右边均匀度。 左边均匀度的计算例如
(1) SADL=abs (pl-pO)+ abs (p2-pi) +abs (p3-pl),
其中abs()代表取绝对值，p0-p3代表对应图4的原像素数据，例如灰 阶值。依相同原则计算右边均匀度
(2) SADR=abs (p9-p8)+ abs (p8-p7) +abs (p7-p6)。 接着计算左边均匀度与右边均匀度的均匀度绝对差值
(3) DiffSAD - abs (SADL-SADR)。
另外，上述的计算是用来判定是否内插点位于物件中心区域或是物件边 缘区域。实际的内插值计算是根据内插计算模式计算。因此，如果必要的话， 也可以计算左边平均值与右边平均值
(4) AVGL = (p3+p4+l)/2; AVGR = (p5+p6+l)/2,
其中加1是小数点取整数后进位的作用。
接着在步骤502，本发明实施例提出一判断机制，以决定是否线性内插 或是低通滤波内插。在步骤502中，"&&"代表"与"逻辑运算,而"l l"代表"或" 逻辑运算。首先检查均匀度绝对差值是否小于一阈值(threshold) th0。如 果是小于阈值thO,其代表内插点可能是落在物件中心区域。为了更准确判 断，同时也检查左边均匀度SADL或是右边均匀度SADR大于一阈值thl。当 两个条件都成立时，此内差点被判定为属于物件中心区域，例如对应此内插 点记录M-1的值(其作为该目标像素的判断结果)。否则，其它不成立的内插 点例如记录为M=0。 M=l的内差点是以低通滤波内插法做计算。M=0内差点是 以线性内插法504做计算。上述的判断逻辑的原理在于若该目标像素(欲 进行内插的像素位置)位于目标的中心区域，那么理论上其两侧的像素均匀 度的差异并不会过大；而另一方面，若目标像素位于目标的边缘，那么像素 均匀度的差异理论上会有较强烈的变化(本发明利用阈值th0进行前述的判 断)。此外，在本实施例中，为了排除例如整个区域是相同的像素值的情形， 本发明判断是否至少有一均匀度大于阔值thl，若有，才判断目标像素位于 目标中间区域。
然而，在此请注意，前述的判断机制仅为本发明的一实施例，而非本发 明的限制，凡所有能够判断该目标像素位于物件中心区域或物件边缘区域的 方法或装置，皆属本发明的范畴；举例来说，虽然在前述的披露之中，采用 一维的像素信息来进行目标像素的相对位置判断，然而，在实际运作上，实
可同时采用二维或三维的像素信息来进行目标像素的相对位置判断，而不以 一维的像素信息为限。
线性内插法504 —般例如采用相邻两个原像素数据做为参考值。然而， 这不是唯一的方式。例如也可以取前述式(4)的平均值做为线性内插的参考 值。至于低通滤波内插机制506的本身而言是一般已知的内插方法，其细节
不继续描述。
为了更确保判断的正确性，可以再进一步计算。图7示出了依据本发明 一实施例的第二阶段判断逻辑示意图。根据前述分析判断，每一个对应像素
的内插点都有一判断结果M。接着取有奇数量内插点的一检查窗600,其宽 度例如是W-9。对于内插点602而言，例如M-1。接着计算在检查窗600中 所有内插点的判断结果属于M-1的数量。由于M值是"1"或是"0"，因此直接 把内插点的M值相加得到S-2。接着检查是否S>(W-l)/2。如果此条件成立， 则将此内插点确定为低通滤波内插模式，即是M4;否则此内插点确定为线 性内插模式，即是M-O。以此实例而言，由于条件不成立，此内插点602被 改变为以线性内插计算。因此到新的检查窗604的M值分布被改变。此检查 窗600会沿着一线图框(line frame)的内插点扫瞄检查。依照实际的设计， 改变后的检查窗604的值，会与下一个检查窗600重叠判断。但是有可以釆 用检查窗600都以第一阶段所得到的原M值来判断。
一般低通滤波内插的计算，例如低通滤波内插计算颇为复杂，特别是调 整率R值太大，会造成计算负载过大，而降低操作速度。对于电视而言，其 R值一般会实质上不大于4。例如原始电视信号是640x480,而水平显示线被 转换成1920像素的图像时，可以做四次的过取样(over-sampling),因此可 以简化采用半频段(half-band)低通滤波内插机制。图8A示出了依据本发 明一实施例，半频段低通滤波节点(node) h(n)的波形示意图。图8B示出了 依据本发明一实施例，对应图8A在频率空间(frequency domain)的分布示 意图。滤波节点h(n)的n为3、 -2、 -1、 0、 1、 2、 3…。对于半频段滤 波而言，改变为h(O)-l, h(n)=0, n为奇数，因此只有偶数点有实际值。对 于lh(co)l,在tt/2切断，构成半波段滤波。另外，分布上的小涟波(ripple) 震荡有相等幅度。接着利用半频段的计算，如图9所示，包括先经过两倍的 上取样器(叩-sampler) 900以及滤波器902的运算后，在重复上取样器904 以及滤波器906的运算，得到参考像素值，而后根据参考像素值再利用线性 内插方块908计算，得到属于物件中心区域的内插像素数据。虽然实际的运 算较为复杂，但是本领域技术人员了解，不予详述。
另外，如果是属于物件边缘区域的内插点，则直接采用线性内插计算， 如图10所示，依照内插位置的比率r做计算。其中例如PO与Pl是两个原 像素点的像素值。
根据上述的处理机制，本发明例如可以将上述的方法，结合硬件电路来 实施。图11示出了依据本发明一实施例，图像显示装置方块示意图。参考
图11,如先前图2的描述，图像显示装置1008除了其它所需电路单元外， 可以配置一图像缩放装置1006，接收该图像的多个原像素数据，经过图像缩 放后再输出。图像缩放装置1006例如包括一第一电路单元1000接收信号输 入，用以决定一目标像素在该图像的一内插位置。也就是说、在图2的步骤 100所要进行的操作可以结合全部硬件、或是结合部分硬件与部分软件来实 现。接着，第二电路单元1002对应图2的步骤102的操作，判断该目标像 素的该内插位置是属于一物件中心区域或是一物件边缘区域，以产生对应该 目标像素的一判断结果。第三电路单元1004对应图2的步骤104的操作， 根据该判断结果，选择一像素值内插计算模式，以进行像素值内插计算。而 后，被适当缩放后的图像信号被输出。于此，每一电路单元也可以对应所需 要的功能，增加对应的电路。至于实际的电路设计是本领域技术人员可以了 解实现的，其细节不予详述。本发明采用两种内插模式，针对物件中心区域 与物件边缘区域做不同模式的内插，可以提升内插效果，维持更多原图像物 件边缘的特性。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领 域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当可作若干的更改与 修饰，因此本发明的保护范围当以本发明的权利要求为准。
权利要求
1.一种图像数据处理方法，包括输入一图像的多个原像素数据；决定一目标像素在该图像的一内插位置；判断该目标像素的该内插位置是属于一物件中心区域还是一物件边缘区域，以产生对应该目标像素的一判断结果；以及根据该判断结果，选择一像素值内插计算模式，以进行像素值内插计算。
2. 如权利要求1所述的图像数据处理方法，其中判断该内插位置是属 于该物件中心区域还是该物件边缘区域的该步骤包括以该内插位置为中心，向一第一方向取一第 一数量的所述原像素数据以 及向一第二方向取一第二数量的所述原像素数据做为多个分析样本；计算该第 一数量的所述原像素数据的 一第 一均匀度，以及计算该第二数 量的所述原像素数据的 一 第二均匀度；计算该第一均匀度与该第二均匀度的一绝对差值；以及当该绝对差值小于一第一阈值时且该第一均匀度与该第二均匀度的至 少其一大于一第二阈值时，判断该目标像素的该内插位置是属于该物件中心 区域，否则，判断该目标像素的该内插位置是属于该物件边缘区域。
3. 如权利要求2所述的图像数据处理方法，其中还包括进行再修正步骤以该内插位置为一中心点，取一奇数量W的该判断结果做为一检查窗； 在该检查窗的多个该判断结果中，取得判断该内插位置属于该物件中心区域的数量S;以及检查是否S> (W-1)/2，若是，则确定该目标像素的该内插位置属于该物件中心区域，否则，则将该目标像素修改为属于该物件边缘区域。
4. 如权利要求3所述的图像数据处理方法，其中该检查窗沿着一显示 线移动，以进行对应修正。
5. 如权利要求1所述的图像数据处理方法，其中根据该判断结果选择 该像素值内插计算模式的步骤包含有若该目标像素的该内插位置属于该物件中心区域，则选择一 一一 线性内插 机制，来进行像素值内插计算。
6. 如权利要求5所述的图像数据处理方法，其中该非线性内插机制为 一低通滤波内插才几制。
7. 如权利要求6所述的图像数据处理方法，其中该低通滤波内插机制 是半频段低通滤波内插机制。
8. 如权利要求1所述的图像数据处理方法，其中根据该判断结果选择 该像素值内插计算模式的步骤包含有若该目标像素的该内插位置属于该物件边缘区域，则选^^一线性内插机 制，来进行像素值内插计算。
9. 如权利要求8所述的图像数据处理方法，其中该线性内插机制的两 个像素参考数据是该内插位置两边的两个原像素数据，或是两边的两个原像素平均数据。
10. —种图像显示装置，包括一图像缩放装置，接收该图像的多个原像素数据，经过图像缩放后再输 出，该图像缩放装置包括一第一电路单元，决定一 目标像素在该图像的一内插位置；一第二电路单元，判断该目标像素的该内插位置是属于一物件中心区域 还是一物件边缘区域，以产生对应该目标像素的一判断结果；以及一第三电路单元，根据该判断结果，选择一像素值内插计算模式，以进 行像素值内插计算。
11. 如权利要求10所述的图像显示装置，其中判断该内插位置是属于 该物件中心区域还是该物件边缘区域的 一功能电路执行以该内插位置为目标中心，向一第一方向取一第一数量的所述原像素 数据以及向 一第二方向取一第二数量的所述原像素数据做为多个分析样本；计算该第 一数量的所述原像素数据的 一 第 一 均匀度，以及计算该第二数 量的所述原像素数据的一第二均匀度；计算该第一均匀度与该第二均匀度的一绝对差值；以及 依照一第 一逻辑条件决定该内插位置要进行该第 一种计算模式还是该 第二种计算模式的一决定计算模式，其中该第 一逻辑条件为当该绝对差值小于一第一闹值时且该第一均匀度与该第二均匀度的至 少其 一 大于 一 第二阈值时，判断该目标像素的该内插位置是属于该物件中'"、 区域，否则，判断该目标像素的该内插位置是属于该物件边缘区域。
其中若该第二电路单元判断 则该第三电路单元选择选择
12. 如权利要求11所述的图像显示装置，其中还包括进行再修正功能: 以该内插位置为 一物件中心点，取一 奇数量W的判断结果做为 一检查窗； 在该检查窗的多个该判断结果中，取得判断该内插位置属于该物件中心区域的数量S;以及检查是否S〉 (W-1)/2,若是，则确定该目标像素的该内插位置属于该 物件中心区域，否则，则将该目标像素修改为属于该物件边缘区域。
13. 如权利要求12所述的图像显示装置，其中该^^查窗沿着一显示线 移动，以进行对应修正。
14. 如权利要求10所述的图像显示装置， 该目标像素的该内插位置属于该物件中心区域 一非线性内插机制，来进行像素值内插计算。
15. 如权利要求14所述的图像显示装置，其中该非线性内插机制是一 j氐通滤波内插才几制。
16. 如权利要求15所述的图像显示装置，其中该低通滤波内插机制是 半频段低通滤波内插机制。
17. 如权利要求10所述的图像显示装置， 该目标像素的该内插位置属于该物件边缘区域， 一线性内插机制，来进行像素值内插计算。
18. 如权利要求17所述的图像显示装置，其中该线性内插机制的两个 像素参考数据是该内插位置两边的两个原像素数据，或是两边的两个原像素 平均数据。其中若该第二电路单元判断 则该第三电路单元选择选择
全文摘要
一种图像数据处理方法，包括输入一图像的多个原像素数据；决定一目标像素在该图像的一内插位置；判断该内插位置是属于一物件(object)中心区域还是一物件边缘区域；进行对应该内插位置的一像素值内插计算。当该内插位置在该物件中心区域时，则该像素值内插计算以一第一种计算模式；当该内插位置在该物件边缘区域时，则该像素值内插计算以一第二种计算模式。第一种计算模式例如是低通滤波内插模式。第二种计算模式例如是线性内插模式。
文档编号G09G5/391GK101350187SQ20071013643
公开日2009年1月21日 申请日期2007年7月16日 优先权日2007年7月16日
发明者林明育, 胡博钦, 蔡维宸 申请人:联詠科技股份有限公司
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