[发明专利]一种实时视频缩放的硬件电路及其缩放方法

权利要求书

1.一种实时视频缩放的硬件电路，其特征是由复位编码模块、水平预缩放模块、垂直缩放模块和复位解码模块组成；

所述水平预缩放模块由异步FIFO_1、ROM_1组、寄存器单元、水平运算单元和水平负反馈电路组成；

所述垂直缩放模块由异步FIFO_2、ROM_2组、BRAM组、垂直运算单元和垂直负反馈电路组成；

假设当前一帧原始图像的分辨率为o_width×o_length，缩放后的图像分辨率为a_width×a_length；

所述复位编码模块在摄像头输入时钟频率下获取当前第k行的第i个像素点，并对当前第k行的第i个像素点的最高位进行扩展，将所扩展出的最高位作为标志位，将其余位作为数据位；再根据摄像头所传递的帧使能信号判断当前第k行的第i个像素点是否为一帧图像的第一行的第一个像素点，若是，则将所述标志位置为“1”，否则，将标志位置为“0”；从而得到编码后的第k行的第i个像素点；

所述ROM_1组以行偏移量作为存储地址并存储有行插值系数；假设编码后的第k行的第i个像素点经过水平预缩放模块后得到预缩放后的第k行的第j个像素点，所述预缩放后的第k行的第j个像素点映射在水平预缩放前的图像上为第k行的第s个像素点，其中，s=j×(o_width/a_width)，则所述行偏移量为s的小数部分，s的整数部分记为c；

所述异步FIFO_1按照摄像头输入时钟频率从第k行的第i个编码后的像素点开始依次写入第k行的各个编码后的像素点直到达到水平预存值r时，所述异步FIFO_1再将第k行的第i个编码后的像素点传递给所述寄存器单元，直到所述寄存器单元所接收的像素点个数为n时，表示所述寄存器单元存储完毕，从而开始计算预缩放后的第k行的第j个预缩放后的像素点；

所述水平运算单元从所述寄存器单元中获取第k行的n个编码后的像素点，再根据所述第k行的第j个预缩放后的像素点的偏移量从所述ROM_1组读取相应的n个插值系数并按照流水线的方式进行插值计算，从而得到预插值数据并作为第k行的第j个预缩放后的像素点，假设预缩放后的第k行的第j+1个像素点映射在水平预缩放前的图像上为第k行的第s*个像素点，c*为s*的整数部分，判断c*=c+2是否成立，若成立，则令第k行的第j个预缩放后的像素点的预缩放使能信号为0，否则为1；

当第k行的第j个预缩放后的像素点计算完毕，所述异步FIFO_1输出empty输出信号给所述水平负反馈电路，所述水平负反馈电路根据所述empty输出信号产生反馈信号；

若所述反馈信号有效，则所述寄存器单元中所存储的第k行的n个编码后的像素点保持不变，i不加1；若所述反馈信号无效，则对所述寄存器单元中所存储的第k行的n个编码后的像素点进行更新判断，若c*=c，则保持i不变，并利用寄存器单元中所存储的第k行的n个编码后的像素点计算第k行的第j+1个预缩放后的像素点，若c*≠c，则将i加1后，使得所述寄存器单元中所存储的第k行的n个编码后的像素点进行1位的移位寄存，并得到更新后的第k行的n个编码后的像素点用于计算第k行的第j+1个预缩放后的像素点；

所述ROM_2组以列偏移量作为存储地址并存储有列插值系数；假设第k行的第j个预缩放后的像素点经过垂直缩放模块后得到垂直缩放后的第b行的第j个像素点，所述垂直缩放后的第b行的第j个像素点映射在垂直缩放前的图像上为第v行的第j个像素点，其中，v=b×(o_length/a_length)，则所述列偏移量为v的小数部分，v的整数部分记为d；且第v行的各个像素点的列偏移量均相同；

所述异步FIFO_2按照水平预缩放频率从第k行的第j个预缩放后的像素点开始依次写入第k行的各个预缩放后的像素点直到达到垂直预存值u时，所述异步FIFO_2再按照垂直预缩放频率将第k行的第j个预缩放后的像素点传递到BRAM组中，直到所述BRAM组所接收的像素点个数为n×a_width时，表示所述BRAM组存储完毕，从而对所存储的n×a_width个预缩放后的像素点更新判断，假设第b-1行的第j个像素点映射到缩放前的图像中为第v*行的第j个像素点，d*为v*的整数部分，若d*=d，则所述BRAM组从异步FIFO_2中读取第k行中第j个预缩放后的像素点并覆盖写入到存储第k-n+1行第j个的BRAM组存储区域处；若d*≠d，则所述BRAM组中所存储的n×a_width个像素点保持不变；

所述垂直运算单元从所述BRAM组中读取n行中各行的第j个预缩放后的像素点，再根据所述第b行的列偏移量从所述BRAM组读取相应的n个插值系数并按照流水线的方式进行插值计算，得到插值数据并作为第b行的第j个缩放后的像素点；判断d*=d+2是否成立，若成立，则令第b行的第j个预缩放后的像素点的预缩放使能信号为0，否则为1；

所述复位解码模块按照垂直预缩放频率获取第b行的第j个缩放后的像素点，并根据其标志位产生缩放后图像的帧使能信号后，删除所述标志位，从而得到解码后的第b行的第j个像素点用于显示。

2.一种实时视频缩放方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、假设当前一帧原始图像的分辨率为o_width×o_length，缩放后的图像分辨率为a_width×a_length；定义原始图像中的任意一行像素点为第k行像素点，第k行像素点中的任意一个像素点为第i个像素点；

假设预缩放前的第k行的第i个像素点经过预缩放处理后得到预缩放后的第k行的第j个像素点；

假设预缩放后的第k行的第j个像素点映射在预缩放前的图像上为第k行的第s个像素点，其中，s=j×(o_width/a_width)，则令行偏移量为s的小数部分，s的整数部分记为c；

假设预缩放后的第k行的第j-1个像素点映射在预缩放前的图像上为第k行的第s*个像素点，s*的整数部分记为c*；

假设缩放后的第b行的第j个像素点映射在缩放前的图像上为第v行的第j个像素点，其中，v=b×(o_length/a_length)，则令列偏移量为v的小数部分，v的整数部分记为d；且第v行的各个像素点的列偏移量均相同；

假设缩放后的第b-1行的第j个像素点映射到缩放前的图像中为第v*行的第j个像素点，

v*的整数部分记为d*；

步骤2、初始化k=1、b=1；

步骤3、初始化i=0；

步骤4、初始化j=0；

步骤5、将i+1赋值给i；

步骤6、对当前第k行的第i个像素点的最高位进行扩展，将所扩展出的最高位作为标志位，将其余位作为数据位；

步骤7、判断当前第k行的第i个像素点是否为一帧图像的第一行的第一个像素点，若是，则将所述标志位置为“1”，并执行步骤8；否则，将标志位置为“0”；从而得到编码后的第k行的第i个像素点，执行步骤5；

步骤8、判断i≥n是否成立，若成立，则执行步骤9；否则，执行步骤5；

步骤9、将j+1的值赋给j，判断ja_width是否成立，若不成立，执行步骤10，否则，再判断k≥n是否成立，若成立，则执行步骤15，否则，执行步骤3；

步骤10、根据第k行第i、第i-1......第i-n+1个缩放前像素点与第k行第j个缩放后的像素点的偏移量计算出第k行第j个预缩放像素点；

步骤11、判断c*=c+2是否成立，若成立，则令第k行的第j个预缩放后的像素点的预缩放使能信号为1，否则为0；

步骤12、判断k≥n是否成立，若成立，执行步骤13；否则，再判断c*=c是否成立，若c*=c成立，则执行步骤9，否则，执行步骤5；

步骤13、根据第k、第k-1......第k-n+1行中各行第j个预缩放后的像素点以及第b行第j个缩放后像素点的偏移量计算出缩放后的第b行第j个像素点；

步骤14、判断d*=d+2是否成立，若成立，则令第b行的第j个预缩放后的像素点的预缩放使能信号为1，否则为0；

步骤15、判断ja_width是否成立，若成立，则将b+1赋值给b后，执行步骤17，否则，b保持不变并执行步骤16；

步骤16、判断c*=c是否成立，若成立，则执行步骤9，否则，执行步骤5；

步骤17、判断ba_length是否成立，若成立，则当前一帧原始图像处理完毕，并返回执行步骤1处理下一帧原始图像，否则，执行步骤18；

步骤18、判断d*=d是否成立，若不成立，则执行步骤3，否则，执行步骤19；

步骤19、根据第k、第k-1......第k-n+1行中各行第j个预缩放后的像素点以及第b行第j个缩放后的像素点的偏移量计算出缩放后的第b行第j个像素点；

步骤20、判断d*=d+2是否成立，若成立，则令第b行的第j个预缩放后的像素点的预缩放使能信号为1，否则为0；

步骤21、判断ja_width是否成立，若成立，则将b+1值给b后，执行步骤17，否则，b保持不变，并将j+1的值赋给j后，执行步骤19。