[发明专利]一种并行视频图像动态范围增强装置及方法

说明书

本发明涉及一种并行视频图像动态范围增强装置及方法，属于视频图像增强技术领域。本发明提出了一种并行的图像动态范围增强装置及方法，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；该方法首先按照常规的直方图均衡化算法统计图像灰度直方图可生成映射曲线；然后通过并行查表方式完成灰度变换，实现动态范围增强，从而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。

技术领域

本发明属于视频图像增强技术领域，具体涉及一种并行视频图像动态范围增强装置及方法。

背景技术

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，图像动态范围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，因此现有动态范围增强算法(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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何解决传统动态范围增强方法应用于超高清图像处理时画质与效能不理想，以及传统解决方案图像处理算法升级困难的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种并行视频图像动态范围增强装置，包括：标量处理单元、局部存储器、访存控制单元、通用缓冲区、数据交织单元；

标量处理单元SPU，用于统计图像的灰度直方图，并计算灰度映射函数；

局部存储器，支持并行访问，用于保存输入输出图像数据；

访存控制单元，用于局部存储器与通用缓冲区之间的数据交换；

通用缓冲区，用于缓冲一次完整的处理流程所需要的全部参数以及中间结果，包括标量处理单元生成的灰度映射函数；

数据交织单元SHU，用于基于局部存储器中的数据及通用缓冲区中的参数执行灰度映射，实现查表操作的并行化。

优选地，还包括状态机，用于产生控制标量处理单元、局部存储器、访存控制单元、通用缓冲区、并行算术逻辑单元的控制信号。

优选地，还包括并行算术逻辑单元ALU，用于执行算法中涉及的算术与逻辑运算。

优选地，所述局部存储器采用多粒度的离散存储器结构。

本发明还提供了一种基于所述的装置实现的并行视频图像动态范围增强方法，包括以下步骤：

步骤1、标量处理单元计算灰度映射函数：该步骤属于参数预先计算的步骤，该步骤只能串行完成，因此在具体实现过程中，将该步骤生成的灰度映射函数用于下一帧的图像处理，而当前帧使用上一帧的灰度映射函数；

步骤2、算法参数预加载：将步骤1中生成的灰度映射函数以及算法涉及的其他固化参数预先加载到通用缓冲区中；

所述通用缓冲区共存在N个大小为N个像素的缓冲单元，通用缓冲区配备有4个读取端口和4个写入端口，可承载读写操作，通用缓冲区支持直接使用序号对其N个缓冲单元进行读写；