并行视频图像对比度增强方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种并行视频图像对比度增强装置，包括标量处理单元、局部存储器、访存控制单元、缓冲器、并行算术逻辑单元、状态机、数据交织单元；本发明专利技术还涉及一种并行视频图像对比度增强方法，包括：步骤1，获取待处理图像的灰度直方图，计算得到灰度映射查找表；步骤2，基于所述灰度映射查找表，通过并行查表方式对待处理图像进行灰度变换，完成对比度增强。本发明专利技术增强了图像对比度，提高了数据的使用效率，减少了运算部件与外围存储器之间的数据交互，降低了访存带宽压力。

Parallel video image contrast enhancement method and device

The invention relates to a parallel video image contrast enhancement device, including the scalar processing unit, local memory, memory control unit, buffer, parallel arithmetic logic unit, state machine, data interleaving unit; the invention also relates to a method of enhancing contrast, parallel video image comprises: Step 1, obtain the histogram image processing, calculate the gray mapping lookup table; step 2, the gray mapping lookup table based on the parallel look-up table method treats image gray-scale transformation, complete contrast enhancement. The invention enhances the image contrast, improves the data use efficiency, reduces the data interaction between the arithmetic component and the peripheral memory, and reduces the pressure of the access bandwidth.

【技术实现步骤摘要】
并行视频图像对比度增强方法和装置
本专利技术属于视频图像处理领域，特别涉及一种并行视频图像对比度增强方法和装置。
技术介绍
目前，视频技术的主流发展方向之一为超高清(4K分辨率)显示技术。相对于高清(1920*1080)视频，4K视频的像素数从2M提升到8M，因此对图像增强算法的画质和效能提出了更高的要求。当前，图像对比度增强技术基本上以直方图均衡化算法为基础，在进行增强时，需要通过查表实现灰度变换，在面对4K图像处理需求时，很有可能处理能力不足的问题；同时4K超高清图像可以带来更精细的画面效果，因此现有对比度增强算法(主要是映射曲线的生成算法)应用于4K分辨率图像时，可能会因为算法对灰度映射曲线的控制不够精确，而无法获得理想画质。因此，传统方案在超高清时代面临两个困难，1传统方案通常采用固化算法的专用硬件电路，难以对算法进行灵活修改，当需要修改算法时，需要重新设计流片，成本压力巨大；2传统方案在实现并行查表时，通常采用多个访存通道并行工作，增加了硬件成本。针对这两个问题，本专利技术提出了一种并行的图像对比度增强装置以及方法，该装置主要用于实现低成本，高速并行查表，同时可根据图像处理算法对硬件进行重构；该方法实现了灰度映射函数的实时计算以及并行的灰度映射操作。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了进一步提升对比度增强方法应用于超高清图像处理时画质与效能，本专利技术的一方面，提出了一种并行视频图像对比度增强方法，包括以下步骤：步骤1，获取待处理图像的灰度直方图，计算得到灰度映射查找表；步骤2，基于所述灰度映射查找表，通过并行查表方式对待处理图像进行灰度变换，完成对比度增强。优选地，所述计算得到灰度映射查找表，其方法为：采用直方图均衡化算法统计图像灰度直方图，并生成映射曲线，进而计算得到所述灰度映射查找表。优选地，所述通过并行查表方式对待处理图像进行灰度变换，采用分段查表进行灰度变换，包括以下步骤：步骤21，将所述灰度映射查找表拆分为M个子查找表；M＝L/N，M值会向上取整，其中，L为所述灰度映射查找表的大小，N为预设的并行度；步骤22，通过像素灰度值的低位字节对M个大小为N的子查找表进行查表；步骤23，通过高位字节对M个查表结果进行筛选，最终获得查表数据作为灰度变换的结果。优选地，步骤1和步骤2之间还包括数据加载的步骤，该步骤包括：将步骤1中生成的灰度映射查找表及预设参数加载至缓冲器；将待处理的图像数据加载至缓冲器。优选地，所述缓冲器中缓冲单元大小为N个像素；所述缓冲器配备有4个读取端口和4个写入端口。优选地，缓冲器支持直接使用序号对其中的缓冲单元进行读写；缓冲器与运算部件同步运行。优选地，在视频的各帧图像的对比度增强处理过程中，对当前帧图像通过步骤1计算得到灰度映射查找表，应用于下一帧图像通过步骤2进行的对比度增强。本专利技术的另一方面，还提出了一种并行视频图像对比度增强装置，包括标量处理单元SPU、局部存储器、访存控制单元、缓冲器、并行算术逻辑单元ALU、状态机、数据交织单元SHU；所述标量处理单元，用于统计图像的灰度直方图，并计算灰度映射查找表；所述局部存储器，用于保存输入输出图像数据以及并行视频图像对比度增强算法所需参数，该存储器支持并行访问；所述访存控制单元，用于局部存储器与缓冲器之间的数据交换；所述缓冲器，用于缓冲一次完整的处理流程所需要的全部数据以及中间结果，该缓冲器可以通过地址直接索引；所述并行算术逻辑单元，用于执行并行视频图像对比度增强算法中涉及的非乘法类算术与逻辑运算；所述状态机，用于产生所有功能部件的控制信号；所述数据交织单元，用于并行查表操作；所述状态机分别通过通信线路与并行算术逻辑单元、标量处理单元、访存控制单元、缓冲器、数据交织单元连接；所述局部存储器分别通过通信线路连接标量处理单元、访存控制单元；所述缓冲器通过通信线路分别与访存控制单元、数据交织单元相连接；所述并行算术逻辑单元通过通信线路分别与缓冲器、数据交织单元相连接。优选地，所述缓冲器所缓存的数据还包括灰度映射查找表。本专利技术具有以下有益效果：1、增强了图像对比度，使画面层次更加鲜明；2、根据图像灰度分布实现对比度进行增强，观看效果更加自然；3、易于对图像处理算法进行后期优化升级；4、提高了数据的使用效率，减少了运算部件与外围存储器之间的数据交互，降低了访存带宽压力；5、通过使用缓冲器和状态机对功能部件进行控制，实现了硬件资源的重复利用。附图说明图1是本专利技术的并行视频图像对比度增强装置结构示意图；图2是本专利技术的并行视频图像对比度增强方法的流程示意图；图3是依照本专利技术一实施例的缓冲器的缓冲区示意图；图4是依照本专利技术实施例灰度映射过程示意图。具体实施方式下面参照附图来描述本专利技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本专利技术的技术原理，并非旨在限制本专利技术的保护范围。本专利技术的一种并行视频图像对比度增强装置，如图1所示，包括标量处理单元(SPU)、局部存储器、访存控制单元、缓冲器、并行算术逻辑单元(ALU)、状态机、数据交织单元(SHU)；所述标量处理单元，用于统计图像的灰度直方图，并计算灰度映射查找表；所述局部存储器，用于保存输入输出图像数据以及并行视频图像对比度增强算法所需参数，该存储器支持并行访问；所述访存控制单元，用于局部存储器与缓冲器之间的数据交换；本实施例中采用三个功能完全一致的访存控制单元，突破了访存资源瓶颈；所述缓冲器，用于缓冲一次完整的处理流程所需要的全部数据以及中间结果，该缓冲器可以通过地址直接索引；缓冲器所缓存的数据还包括灰度映射查找表；所述并行算术逻辑单元，用于执行并行视频图像对比度增强算法中涉及的非乘法类算术与逻辑运算；所述状态机，用于产生所有功能部件的控制信号；所述数据交织单元，用于并行查表操作；所述状态机分别通过通信线路与并行算术逻辑单元、标量处理单元、访存控制单元、缓冲器、数据交织单元连接；所述局部存储器分别通过通信线路连接标量处理单元、访存控制单元；所述缓冲器通过通信线路分别与访存控制单元、数据交织单元相连接；所述并行算术逻辑单元通过通信线路分别与缓冲器、数据交织单元相连接。当需要更改增强算法时，该装置仅需要对SPU和状态机进行重新编程，产生新的灰度映射函数和控制信号，同时更新局部存储器中的算法参数，即可快速实现算法迭代，而不需要重新设计制造硬件电路。本专利技术的一种并行视频图像对比度增强方法，包括以下步骤：步骤1，计算映射查找表：获取待处理图像的灰度直方图，计算得到灰度映射查找表；步骤2，灰度映射：基于所述灰度映射查找表，通过并行查表方式对待处理图像进行灰度变换，完成对比度增强。步骤1和步骤2之间还包括数据加载的步骤，包括：(1)算法参数预加载：将步骤1中生成的灰度映射查找表及预设参数加载至缓冲器；(2)数据缓冲：将待处理的图像数据加载至缓冲器。1、计算映射查找表该步骤属于参数预先计算，本实施例利用本专利技术装置中标量处理单元(SPU)完成此步骤，该步骤涉及的具体方法与普遍采用的直方图均衡化算法相同，具体为：采用直方图均衡化算法统计图像灰度直方图，并生成映射曲线，进而计算得到所述灰度映射查找表。由于该步骤只能串行完成，因此在视频图像处理的具体实施中，会将该步骤生成的灰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并行视频图像对比度增强方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取待处理图像的灰度直方图，计算得到灰度映射查找表；步骤2，基于所述灰度映射查找表，通过并行查表方式对待处理图像进行灰度变换，完成对比度增强。

【技术特征摘要】
1.一种并行视频图像对比度增强方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取待处理图像的灰度直方图，计算得到灰度映射查找表；步骤2，基于所述灰度映射查找表，通过并行查表方式对待处理图像进行灰度变换，完成对比度增强。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算得到灰度映射查找表，其方法为：采用直方图均衡化算法统计图像灰度直方图，并生成映射曲线，进而计算得到所述灰度映射查找表。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过并行查表方式对待处理图像进行灰度变换，采用分段查表进行灰度变换，包括以下步骤：步骤21，将所述灰度映射查找表拆分为M个子查找表；M＝L/N，M值会向上取整，其中，L为所述灰度映射查找表的大小，N为预设的并行度；步骤22，通过像素灰度值的低位字节对M个大小为N的子查找表进行查表；步骤23，通过高位字节对M个查表结果进行筛选，最终获得查表数据作为灰度变换的结果。4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤1和步骤2之间还包括数据加载的步骤，该步骤包括：将步骤1中生成的灰度映射查找表及预设参数加载至缓冲器；将待处理的图像数据加载至缓冲器。5.根据引用权利要求3的权利要求4所述的方法，其特征在于，所述缓冲器中缓冲单元大小为N个像素；所述缓冲器配备有4个读取端口和4个写入端口。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，缓冲器支持直接使用序号对其中的缓冲单元进行读写；缓冲器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘壮，郭若杉，谭吉来，李瑞玲，韩睿，李晨，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11