基于FPGA的九点插值自适应图像缩放算法设计

朱明达; 辛鹏; 常嘉颖

doi:10.37188/CJLCD.2022-0338

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于FPGA的九点插值自适应图像缩放算法设计

图像处理 | 更新时间：2023-08-10

- 基于FPGA的九点插值自适应图像缩放算法设计
- Design of nine-point interpolation adaptive image scaling algorithm based on FPGA
- 液晶与显示 2023年38卷第8期页码：1075-1083
- 作者机构：
  
  1.中国石油大学（北京）信息科学与工程学院，北京 102249
- 作者简介：
  
  [ "朱明达（1983—），男，山东东营人，博士，副教授，2014年于北京航空航天大学获得博士学位，主要从事电子测量技术与仪器、信号检测与处理、智能信息处理等方面的研究。E-mail：zhumingda@cup.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(41704173);中国高校产学研创新基金(2020HYA08001)
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0338
  中图分类号：
扫描看全文
朱明达, 辛鹏, 常嘉颖. 基于FPGA的九点插值自适应图像缩放算法设计[J]. 液晶与显示, 2023,38(8):1075-1083.

ZHU Ming-da, XIN Peng, CHANG Jia-ying. Design of nine-point interpolation adaptive image scaling algorithm based on FPGA[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2023,38(8):1075-1083.
朱明达, 辛鹏, 常嘉颖. 基于FPGA的九点插值自适应图像缩放算法设计[J]. 液晶与显示, 2023,38(8):1075-1083. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0338.

ZHU Ming-da, XIN Peng, CHANG Jia-ying. Design of nine-point interpolation adaptive image scaling algorithm based on FPGA[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2023,38(8):1075-1083. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0338.

摘要

为了能够在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）硬件平台上实现速度快、质量高的图像缩放，提出一种九点插值自适应缩放算法。首先提出九点插值基本算法以减少逻辑资源用量，达到的图像缩放效果明显优于最近邻域插值算法，但略差于双线性插值算法，且图像边缘不够清晰。为了优化九点插值基本算法对图像边缘的缩放效果，提出了九点插值与最近邻域插值算法相结合的自适应缩放算法，通过MATLAB和FPGA对以上算法分别进行软件、硬件的对比分析和实验验证。实验结果表明，自适应九点插值算法比最近邻域、双线性插值图像缩放算法的峰值信噪比提高0.3~2.5 dB，并且硬件资源消耗量比双线性插值减少了约20%。该算法减轻了传统算法的图像边缘模糊与图像严重失真问题，且占用FPGA资源少，有更高的应用价值。

Abstract

In order to realize fast and high-quality image scaling on field programmable gate array （FPGA） hardware platform， this paper proposed a nine-point interpolation adaptive scaling algorithm. Firstly， in order to reduce the amount of logical resources， a basic algorithm of nine-point interpolation is proposed， the image scaling effect achieved is obviously better than the nearest neighbor interpolation algorithm but slightly worse than the bilinear interpolation algorithm， and the edge of the image is not clear. In order to optimize the scaling effect of the basic algorithm of nine-point interpolation on the edge of the image， an adaptive scaling algorithm combining nine-point interpolation and nearest neighbor domain interpolation is proposed. The algorithm software， hardware comparative analysis and experimental verification are carried out through MATLAB and FPGA. Experimental results indicate that the peak signal to noise ratio of the adaptive nine-point interpolation algorithm is 0.3~2.5 dB higher than that of the traditional scaling algorithm on average， and the hardware resource consumption is reduced by about 20% compared with bilinear interpolation. The nine-point interpolation algorithm alleviates the problems of image edge blur and severe image distortion of the traditional algorithms， and it occupies less FPGA resources and has higher application value.

关键词

图像缩放现场可编程门阵列线性插值自适应插值

Keywords

image scalingfield programmable gate arraylinear interpolationadaptive interpolation

references

LIU T， XU M， LI S X， et al. MRS-Net+for enhancing face quality of compressed videos ［J］. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology， 2022， 32（5）： 2881-2894. doi: 10.1109/tcsvt.2021.3103519http://dx.doi.org/10.1109/tcsvt.2021.3103519

XU Y Z， WU T， CHARLTON J R， et al. Small blob detector using bi-threshold constrained adaptive scales ［J］. IEEE Transactions on Biomedical Engineering， 2021， 68（9）： 2654-2665. doi: 10.1109/tbme.2020.3046252http://dx.doi.org/10.1109/tbme.2020.3046252

马书红. 几种经典插值算法的放大结果比较［J］. 信息通信，2014（5）：34．

MA S H. Comparison of magnification results of several classical interpolation algorithms ［J］. Information & Communications， 2014（5）： 34. （in Chinese）

罗振，唐清善，陈凯，等. 基于FPGA的可重配置视频缩放系统设计［J］. 电子科技，2017，30（7）：83-86． doi: 10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.07.023http://dx.doi.org/10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.07.023

LUO Z， TANG Q S， CHEN K， et al. Design of reconfigurable video scaling systems based on FPGA ［J］. Electronic Science & Technology， 2017， 30（7）： 83-86. （in Chinese）. doi: 10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.07.023http://dx.doi.org/10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.07.023

李鸿燕，傅奕融，乔嘉炜，等. 一种基于边缘算子的自适应图像缩放算法［J］. 软件工程，2021，24（7）：12-14． doi: 10.19644/j.cnki.issn2096-1472.2021.07.003http://dx.doi.org/10.19644/j.cnki.issn2096-1472.2021.07.003

LI H Y， FU Y R， QIAO J W， et al. A self-adaptive image scaling algorithm based on edge operator ［J］. Software Engineering， 2021， 24（7）： 12-14. （in Chinese）. doi: 10.19644/j.cnki.issn2096-1472.2021.07.003http://dx.doi.org/10.19644/j.cnki.issn2096-1472.2021.07.003

张开强，蒋从锋，程小兰，等. 多分辨率下资源感知的图像目标自适应缩放检测［J］. 计算机科学，2021，48（4）：180-186． doi: 10.11896/jsjkx.201200116http://dx.doi.org/10.11896/jsjkx.201200116

ZHANG K Q， JIANG C F， CHENG X L， et al. Resource-aware based adaptive-scaling image target detection under multi-resolution scenario［J］. Computer Science， 2021， 48（4）： 180-186. （in Chinese）. doi: 10.11896/jsjkx.201200116http://dx.doi.org/10.11896/jsjkx.201200116

潘晓英，李晨晨，王昊，等. 基于HLS的色彩插值算法硬件设计与实现［J］. 液晶与显示，2020，35（6）：595-603．

PAN X Y， LI C C， WANG H， et al. Hardware acceleration design and implementation of color interpolation algorithm based on HLS ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays， 2020， 35（6）： 595-603. （in Chinese）

宁赛男，朱明，孙宏海，等. 一种改进的Sobel自适应边缘检测的FPGA实现［J］. 液晶与显示，2014，29（3）：395-402． doi: 10.3788/yjyxs20142903.0395http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20142903.0395

NING S N， ZHU M， SUN H H， et al. Realization of improved Sobel adaptive edge detection algorithm based on FPGA ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays， 2014， 29（3）： 395-402. （in Chinese）. doi: 10.3788/yjyxs20142903.0395http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20142903.0395

高巧丽，高新明. 改进Prewitt算子对高压输电线图像边缘检测［J］. 黑龙江电力，2020，42（1）：90-94．

GAO Q L， GAO X M. Improved Prewitt operator for edge detection of high-voltage transmission line image ［J］. Heilongjiang Electric Power， 2020， 42（1）： 90-94. （in Chinese）

余波，吴静，周琦宾. 一种基于改进Canny算子的边缘检测算法［J］. 制造业自动化，2022，44（8）：24-26，43． doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2022.08.006http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1009-0134.2022.08.006

YU B， WU J， ZHOU Q B. An edge detection algorithm based on improved Canny operator ［J］. Manufacturing Automation， 2022， 44（8）： 24-26， 43. （in Chinese）. doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2022.08.006http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1009-0134.2022.08.006

苏本跃，盛敏. 自适应图像缩放的切触有理混合插值算法［J］. 计算机工程与应用，2010，46（1）：196-199． doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.2010.01.058http://dx.doi.org/10.3778/j.issn.1002-8331.2010.01.058

SU B Y， SHENG M. Adaptive algorithm for image interpolation based on blending osculatory rational interpolants ［J］. Computer Engineering and Applications， 2010， 46（1）： 196-199. （in Chinese）. doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.2010.01.058http://dx.doi.org/10.3778/j.issn.1002-8331.2010.01.058

浏览量

102

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于FPGA的Winograd算法卷积神经网络加速器设计与实现

实时视频流缩放系统设计

基于FPGA的语音信号波形VGA显示方法

基于FPGA的LED屏控制器设计