專利名稱：快速位延伸裝置與方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明系為一種圖像處理裝置與方法，尤指一種應用于8位與10位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的快速位延伸裝置與方法，可在作圖像后處理前，提供補償位，以降低經(jīng)過圖像后處理以后的色彩失真度。
圖像位深度(Image bit depth)決定了掃描器輸出圖像色調(diào)的正確性，是掃描器各廠商除價格戰(zhàn)之外，另一主要競爭訴求項目?，F(xiàn)有市售掃描器從24-位彩色(color)，30-位彩色，36-位彩色，甚至到42-位彩色，不一而足。這些產(chǎn)品主要是用來處理圖像信息的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A-D converter)的能力不同。一顆8位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器每一頻道(channel)可輸出256(28)級的圖像信號，即可輸出24-位(24-bit)彩色圖像。而12位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的每一頻道可有4096(212)級的輸出。但是，不管掃描器內(nèi)部是用多少位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器在拾取圖像，最后還是要轉(zhuǎn)換成每一頻道8-位的輸出到屏幕顯示，或到印表機列印。而且，絕大部分的圖像處理軟件也只能接受8-位灰度等級(gray)或24-位彩色的圖像數(shù)據(jù)，所以這些多出來的位(bit)數(shù)在圖像由掃描器輸出到電腦后，就閑置了。一旦使用者在對掃描圖像作后處理，如gamma校正(gammacorrection)，強化/陰影調(diào)整(highlight/shadow adjustment)等，那些額外的位便可發(fā)揮功效了。
以gamma校正為例，gamma校正是將暗級的部分色級拉高，以使色彩變亮，提高可見度。

圖1A是未作任何處理的原始掃描數(shù)據(jù)某一頻道的直方圖(histogram)，因所有256級的數(shù)據(jù)都可表現(xiàn)出來，所以直方圖看起來是連續(xù)的。若三個頻道都可表現(xiàn)256級的顏色，則24-位彩色所能表現(xiàn)的顏色可達16777216(256×256×256)。
圖1B和圖1C是作了gamma校正處理的掃描數(shù)據(jù)某一頻道的直方圖。圖1B是用gamma值1.4。圖1C則是用gamma值1.8。在圖1B中，256級中只剩225個色級可表現(xiàn)出來，其中失去的圖像數(shù)據(jù)會在直方圖上形成柵狀現(xiàn)象。此一24-位彩色圖像所能表現(xiàn)出來的顏色只有11390625(225×225×225)，是16777216的67.89％。而在圖1C中，更只剩下203個色級，此一24-位彩色圖像所能表現(xiàn)出來的顏色則只有8365427(203×203×203)，不到16777216的50％(49.86％)。
基本上，上述問題只要在作圖像后處理時，有額外的位作運算即可解決?，F(xiàn)有的技術(shù)大致可分為兩類一是從掃描器即輸出完整的數(shù)據(jù)，如10位或甚至12位到電腦以備處理；雖然這種方法可確保數(shù)據(jù)的正確性，但因需較復雜的電子電路配合，且數(shù)據(jù)量大，在成本、存儲器等資源運用及數(shù)據(jù)傳輸速度上皆不具競爭力。
另一種較普遍采用的策略是掃描器只輸出8位數(shù)據(jù)，再由軟件方法來處理。此方法大都是在作圖像后處理之前，先借用鄰近像素平均或加權(quán)運算來產(chǎn)生額外的位數(shù)據(jù)。但這些計算將會影響圖像后處理的速度，尤其是大張圖像。而且不管是平均或加權(quán)，鄰近像素對本像素的影響都嫌大些，有可能造成圖像模糊。
基于上述存在的問題，本發(fā)明的主要目的在于提出一種快速位延伸方法，可在既不提高硬件成本、又不影響圖像后處理速度、更可保有原來像素正確清晰的前提下，使作過gamma校正等等后處理的圖像色彩表現(xiàn)度不致降低太多。
本發(fā)明的裝置主要包含一后像素存儲裝置，一原像素存儲裝置，一位移裝置，一前像素存儲裝置，一位延伸運算單元，及一“或”門。后像素存儲裝置系耦合至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，用以接收該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的輸出的位組，并將其中最低有效的兩位傳送到位延伸運算單元。原像素存儲裝置耦合至后像素存儲裝置，以接收該后像素存儲裝置所輸出的位組，并傳送該位組至位移裝置，及前像素存儲裝置。前像素存儲裝置再將其中最低有效的兩位傳送至位延伸運算單元。同時，移位裝置將所收到的位組向左位移二位，并傳送到“或”門。位延伸運算單元將所收到的兩個最低有效的二位加以運算，或以查表的方式查出合理的補償位。并傳送補償位到“或”門。然后，“或”門將該二位的補償位與該位移裝置所輸出的位組結(jié)合，并輸出一位延伸后的位組數(shù)據(jù)。由于新擴增的位組中前部分的位組完全來自原來之像素的位組，因此原來像素的數(shù)據(jù)可被完整地保留，圖像不致因延伸的位而模糊。而且，新擴增的二位又可使圖像的色調(diào)處理更為真確。
本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點將結(jié)合實施例參考附圖進行詳細描述。
附圖簡要說明圖1A為未作任何處理的原始掃描數(shù)據(jù)某一頻道的直方圖1B為利用gamma值1.4作了gamma校正處理的掃描數(shù)據(jù)某一頻道的直方圖；圖1C為利用gamma值1.8作了gamma校正處理的掃描數(shù)據(jù)某一頻道的直方圖；圖2A為本發(fā)明應用于8位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的2位快速位延伸裝置的功能方框圖；圖2B為本發(fā)明應用于10位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的2位快速位延伸裝置的功能方框圖；圖3顯示本發(fā)明的快速位延伸裝置應用于8位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的運作流程；圖4顯示本發(fā)明的快速位延伸裝置的運作示意圖；圖5顯示本發(fā)明的快速位延伸裝置的運作處理表；圖6顯示本發(fā)明的快速位延伸裝置的電路圖的實施例；圖7為本發(fā)明應用于8位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的4位快速位延伸裝置的功能方框圖；圖8為本發(fā)明的4位的快速位延伸裝置的查詢表。
為克服模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器或軟件只能處理8位的數(shù)據(jù)的限制，本發(fā)明利用一快速位延伸裝置與方法，來提供圖像后處理時所須的額外位。本發(fā)明取正在處理的像素(稱為原像素)的前后像素(分別稱為前像素及后像素)，來提供補償位運算時所須的參考。
本發(fā)明利用一位延伸運算單元來計算并提供合理的補償位，該運算單元為一以位為運算單元(bitwise)的運算元。如圖2A所示，當8位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器201輸出8位的圖像數(shù)據(jù)至存儲器202以儲存后像素時，其中兩個最低有效位(least significant bits)位-0(bit-0)及位-1(bit-1)則同時輸出至本發(fā)明的位延伸運算單元203。原本之8位的圖像數(shù)據(jù)再輸出至原像素存儲裝置204。此時，原像素存儲裝置204所輸出的8位的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過一位移裝置205以向左位移兩位，于是成為10位的數(shù)據(jù)輸出至一“或”門206。同時，原像素存儲裝置204亦輸出8位的圖像數(shù)據(jù)至前像素存儲裝置207。前像素存儲裝置207輸出該8位的圖像數(shù)據(jù)中最低有效位位-0(bit-0)及位-1(bit-1)至位延伸運算單元203。位延伸運算單元203將來自后像素存儲裝置202及前像素存儲裝置207所輸出的最低有效的兩位加以運算后，輸出兩位的補償位至“或”門206。于是，“或”門206便將位延伸運算單元203所輸出的最低有效的兩位加在10位數(shù)據(jù)中最低有效位的兩位位置，即位-0(bit-0)，位-1(bit-1)而成為10位的數(shù)據(jù)，然后輸出至后處理裝置208中處理。
本發(fā)明的快速位延伸裝置同樣可應用在10位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器上，如圖2B所示。與圖2A不同的是，10位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器211輸出10位的圖像數(shù)據(jù)，所以原本8位的數(shù)據(jù)輸出變成10位，而原像素存儲裝置214所輸出的數(shù)據(jù)變成10位，經(jīng)過位移裝置215向左移兩位后，數(shù)據(jù)就變成12位。但位延伸運算單元213同樣只自后像素存儲裝置212中及前像素存儲裝置217中拾取最低有效的兩位加以運算處理。運算后的兩位數(shù)據(jù)便為補償位，輸出至“或”門216，以加入位移裝置215所輸出的12位的圖像數(shù)據(jù)中，而成為完整的12位數(shù)據(jù)輸出至后處理裝置218處理。
本發(fā)明的位延伸運算單元的運作原理主要是要將各種形態(tài)的位排列平均分配。如此，便可彌補遺失的位的功能，使圖像所產(chǎn)生的色彩不致失真。由于真正運算的部分只是最低有效的兩位，前面的8或10位基本上仍是原本的數(shù)據(jù)，所以可保證數(shù)據(jù)的完整性。本發(fā)明的位延伸運算單元的處理方式將依據(jù)8位及10位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器而有所不同。圖3顯示本發(fā)明的快速位延伸裝置應用于8位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的運作流程。301開始。302設定I=0，N=掃描圖像數(shù)據(jù)一條線的像素數(shù)目。303判定I是否等于N+1？當I=N+1時，執(zhí)行步驟314；否則執(zhí)行步驟304。304判定I是否等于N？如果是，執(zhí)行步驟307；否則執(zhí)行步驟305。305從模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將像素I的數(shù)據(jù)讀取至后像素存儲裝置中。306判斷I=0？當I=0時，執(zhí)行步驟312；否則執(zhí)行步驟307。307讀取后像素存儲裝置及前像素存儲裝置所輸出的最低有效位的兩位，加以運算處理，輸出兩位的補償位。308當原像素存儲裝置所輸出的數(shù)據(jù)向左位移兩位后，加上位延伸運算單元所輸出的兩個補償位后，一起儲存在一輸出數(shù)據(jù)陣列OutData[I-1]中。309將原像素存儲器裝置中的數(shù)據(jù)復制至前像素存儲裝置中。310將后像素存儲器裝置中的數(shù)據(jù)復制至原像素存儲裝置中。311I=I+1。執(zhí)行步驟303。312將后存儲器裝置中的數(shù)據(jù)復制至原像素存儲裝置中。313將原像素存儲器裝置中的數(shù)據(jù)復制至前像素存儲裝置，執(zhí)行步驟311。314將一輸出數(shù)據(jù)陣列OutData[N]中的數(shù)據(jù)輸出。315結(jié)束。
圖3的運作流程可以圖4的示意圖說明。位延伸運算單元41自后像素存儲裝置所輸出的位組43讀取最低有效的兩位，A1，A0及前像素存儲裝置所輸出的位組42讀取最低有效的兩位B1，B0，加以運算后，成為X1，X0。同時，將當原像素存儲裝置所輸出的位組44向左位移兩位而成為10位45，并將運算后的X1，X0補至位1(bit1)及位0(Bit0)的位置。
快速位延伸裝置的運作目的是要將各種形態(tài)的位排列平均分配。以圖5的查詢表說明，當位延伸運算裝置接收來自后像素存儲裝置及前像素存儲裝置的兩位后，其位出現(xiàn)機率的排列組合共有16種情形。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，當各種不同排列的組合平均出現(xiàn)時，所產(chǎn)生的效果逾好。所以，依此運算原理，位的運算依據(jù)各種位組合的情形，可有幾種運算結(jié)果，如圖5所示。圖5所顯示的色彩效果將自左上至右下由淺至深排列，依據(jù)圖5的排列，便可產(chǎn)生一邏輯電路如圖6所示。
有了圖5的查詢表，利用圖6的運算元來延伸兩個位只剩兩個位單位(bitwise)的運算，即左位移兩位，一OR運算，以及一查4×4查詢表(Look-Up Table)的動作，這對圖像后處理的速度影響是非常輕微的。而且最重要的，在新擴增的10位數(shù)據(jù)中，原像素存儲裝置所輸出的位組的第9位到第2位和原像素存儲裝置所輸出的位組的第7位到第0位完全一樣。這可使原來像素的數(shù)據(jù)被完整保留，圖像不致因延伸的位而模糊。
另外，位延伸運算單元在必要時可擴充至四個位，如圖7所示。4位的位延伸運算單元701自后像素存儲裝置703讀取最低有效位的三位A3，A2，A1，及前像素存儲裝置704讀取最低有效的三位B3，B2，B1加以運算后，成為4個位X0，X1，X2，X3。在此要特別注意的是，后像素存儲裝置703及前像素存儲裝置704中最低有效的位A0及B0并未使用。
在此實施例中，位延伸運算單元701改以查表的方式查出運算的結(jié)果。其查詢表702的大小為8×8，如圖8所示。圖8的排列及運算原則與圖5一樣，皆是要使各種不同排列的組合平均出現(xiàn)。同樣，圖8的圖表也可以邏輯電路表示，但以查表的方式亦十分快速。
利用圖8，四位的位延伸運算單元與二位的位延伸運算單元一樣只剩左移四位，OR運算，以及查詢一8×8查詢表的動作，其速度并不因為多延伸兩個位而增加。這點優(yōu)勢是其他利用平均或加權(quán)計算來產(chǎn)生額外位的技術(shù)所不能及的。重要的是，所產(chǎn)生的位組的第11位到第4位是直接由原像素的位組的第7到第0個位得來的，所以原來像素的數(shù)據(jù)同樣被完整保留，圖像也不會模糊掉。
圖5及圖8的表的設計主要在于使每一個值產(chǎn)生的機率都相等。其特征在于其中二位數(shù)字所代表的顏色由左上至右下逐漸變深。要強調(diào)的是，圖5及圖8的排列組合方式只作為說明之用，在實際應用時，只要依此建表的原則，仍有一些可能的變化。例如，在圖5中，第一列中的組合可改為00，00，01，01，第二列中的組合可改為00，00，10，10，第三列和第四列分別改為01，10，11，11，其效果仍然一樣。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，且已達到廣泛的實用功效，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所作的均等變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種快速位延伸裝置，系耦合至一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，用以在圖像后處理時，提供額外的位，其特征在于，該快速位延伸裝置包含一后像素存儲裝置，系耦合至該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，用以接收該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置所輸出的位組；一原像素存儲裝置，系耦合至該后像素存儲裝置，用以接收該后像素存儲裝置所輸出的位組；一位移裝置，系耦合至該原像素存儲裝置，用以將該原像素存儲裝置所輸出的位組向左位移復數(shù)個位；一前像素存儲裝置，系耦合至該原像素存儲裝置，用以接收該原像素存儲裝置所輸出的位組；一位延伸運算單元，用以接收該后像素存儲裝置及該前像素存儲裝置所輸出的位組中最低有效的復數(shù)個位，并加以運算以輸出復數(shù)個補償位；及一“或”門，用以將該補償位加在該位移裝置所輸出的位組的復數(shù)個最低有效位的位置。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述的位移裝置系位移二位。
3．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述的位移裝置系位移四位。
4．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述的位延伸運算單元還包含一查詢表，用以記錄上述的補償位的排列組合。
5．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，上述的查詢表中的各位的排列組合出現(xiàn)的機率相等。
6．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述的位延伸運算單元所輸出的補償位系為2位。
7．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述的位延伸運算單元系接收上述的后像素存儲裝置及前像素存儲裝置所輸出的位組中除最后一位外，最低有效的三個位，并輸出4位的補償位。
8．一種快速位延伸方法，系用以擴增一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置所輸出的原始位組的位數(shù)，其特征在于，該快速位延伸方法，包含步驟依序讀取該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器所輸出的復數(shù)個位組，并依照像素讀取的順序，將該復數(shù)個位組分別儲存于一前像素存儲裝置，一原像素存儲裝置，及一后像素存儲裝置；將該原像素存儲裝置所輸出的位組向左移兩位；以該后像素存儲裝置所輸出的位組及前像素存儲裝置所輸出的位組中最低有效的兩位，查詢一查詢表，并輸出一兩位的補償位；及將該兩位的補償位加在該原像素存儲裝置向左移兩位后的位組的最后兩位。
9．一種快速位延伸方法，系用以擴增一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置所輸出的原始位組的位數(shù)，其特征在于，該快速位延伸方法，包含步驟依序讀取該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器所輸出的復數(shù)個位組，并依照像素讀取的順序，將該復數(shù)個位組分別儲存于一前像素存儲裝置，一原像素存儲裝置，及一后像素存儲裝置；將該原像素存儲裝置所輸出的位組向左移四位；以該后像素存儲裝置所輸出的位組及前像素存儲裝置所輸出的位組中最低有效的三位，查詢一查詢表，并輸出一四位的補償位；及將該四位的補償位加在該原像素存儲裝置向左移四位后的位組的最后四位。
全文摘要
一種快速位延伸裝置與方法,該裝置耦合至一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置用以在圖像后處理時,以提供額外的位的方式,克服模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的每一頻道只能處理8位的數(shù)據(jù)的限制以使圖像位深度的處理更為正確。該裝置接收來自后像素存儲裝置及前像素存儲裝置所輸出的兩個最低有效位加以運算,然后將補償位加在正在處理的像素的位組的尾端,以擴增位數(shù),使圖像的色調(diào)處理更為真確。而且,由于新擴增的位組中保留了原本的像素的位組,因此原來像素的數(shù)據(jù)可被完整地保留,使圖像不致因延伸的位而模糊。
文檔編號G06T5/00GK1288211SQ9911884
公開日2001年3月21日 申請日期1999年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月15日
發(fā)明者蔡宛銖 申請人:鴻友科技股份有限公司