去马赛克操作是图像信号处理流水线中的重要环节,广泛应用于图像采集装置中。随着半导体工艺的不断进步,芯片内部所能实现的算法功能日益复杂,以往低硬件开销、低性能的去马赛克操作已不能满足消费者要求,高性能算法因开销过大不适于硬件化。本文提出一种低开销、高性能的去马赛克算法,并设计了硬件架构。提出一种使用边缘方向图的去马赛克算法,其核心在于为插值重建产生准确的初始方向图。首先,由改进的边缘检测算子产生初始的边缘方向图,并使用十字形中值滤波器对初始的边缘方向图进行滤波,最大程度地去除初始方向图中孤立的错误插值方向。其次,基于滤波后的边缘方向图,运用统计分析以确定细致纹理及边界交界处的插值方向。最终,对在准确的边缘方向图的指导下完成重建插值的图像进行细化以消除插值人工痕迹。实验证明,本算法不仅颜色峰值信噪比(color peak signal-to-noise ratio, CPSNR)高于其他几种经典及近期算法,在边缘细致区域依然保持了很高的恢复质量,而且保持了较低的计算量,在性能和开销之间取得了很好的平衡。设计了上述算法的硬件架构,引入绿色缓存机制解决三色通道的数据依赖问题。通过时分复用计算模块,复用先前计算结果,将绿色插值引擎部分的硬件开销减少了70%,同时保证了每个时钟周期1个全彩色像素点的吞吐率。