基于部分参考图像质量评估的二维矢量图形快速渲染技术研究

With the increasing of consumer electronics, such as smart phones and navigators, user interfaces with high image quality can be achieved by two-dimensional (2D) vector graphics instead of bitmap images. Comparing with bitmap images, 2D vector graphics occupy less data information and achieve high image quality after arbitrary scaling or rotating. However, during the rendering process of 2D vector graphics, huge amount of geometric information which are generated by complex calculation heavily affect rendering speed and image quality. Hence, an evaluation system for balancing geometric cost and image quality is considered in the rendering engine. Moreover, the traditional methods such as full-reference or no-reference image quality assessments are not suitable for embedded system environment due to expensive memory usage or computation requirement. Hence, in this research, we hope to explore a low requirement image quality assessment method which is based on reduced-reference approach. And based on the developed rendering engine, we will build an evaluation system for balancing geometric cost and image quality to achieve a better performance with high image quality and fast rendering speed.

随着消费类电子产品爆炸式的增长，比如智能手机、数字地图导航设备的普及，二维矢量图形凭借其无限缩放后仍能保证图像不失真的优点，逐渐取代位图，用于实现高图像质量的人机交互界面。但是，在二维矢量图形渲染过程中，需处理经复杂计算后生成的大量图形几何开销，并且图形几何开销的多少严重的影响着渲染速度和渲染结果的图像质量。因此，在渲染过程中，需要一种评价几何开销和图像质量关系的方法，用于动态的指导几何开销的生成。然而，传统的全参考（或无参考）图像质量评估方法存在需要存储大量信息（或计算量巨大）的缺点。相比之下，部分参考图像评估方法则更适用于硬件资源有限的嵌入式设备。因此，本课题希望探索一种新的低存储量、低运算量的部分参考图像质量评估方法，建立关于二维矢量图形几何开销和图像质量的评价模型，并在前期开发完成的渲染引擎的架构上融合该模型，设计新的渲染引擎，实现在保证图像质量条件下的最优快速渲染。

本项目在执行过程中，主要从部分参考图像质量评估方法、开销质量评价模型、专用硬件设计三个方面对二维矢量图形加速渲染进行了深入的研究，并取得了一定的研究成果。首先，对于二维矢量图形几何开销和图像质量的评价模型的建立，必须以高效合理的图像质量评估方法为基础。因此，本项目实施过程中，深入研究了基于矩量法的部分参考图像质量评估方法，并发表SCI检索论文一篇。其次，对于开销质量评价模型的建立，分别从顶点融合角度和量化计算开销比角度申请发明专利两项，并均已进入实审阶段。再次，由于在二维矢量图形渲染过程中，需要进行大量复杂运算，比如对每一个顶点均需要进行正弦和余弦值的计算。而在前期工作中，仅使用通用计算模块进行处理。在研究中发现，可并行处理的专用基础运算硬件电路能较大幅度的提升处理性能。因此，在项目实施过程中，设计了一种快速计算正余弦数值的电路，并根据二维矢量图形精度要求进行数值优化。同时，由于图形处理过程中存在大量可并行的计算的特点，设计了一种利用进位保留加法器树和涟波进位加法器相结合的,且可根据实际应用动态配置的两级流水线六操作数快速加法器电路，以提高计算的并行性。上述两专用电路申请并获得两项实用新型专利授权。除上述成果外，项目组成员在探讨交流过程中，受启发获得其他成果若干，具体内容为基于多项式运算的无累积误差Loeffler DCT算法，基于图形边判定的定位算法等，并发表EI检索论文以及申请发明专利。