專利名稱：從壓縮圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種從壓縮圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法，其中壓縮圖像是由產(chǎn)生得出域分量系數(shù)的域變換和編碼所述系數(shù)的編碼操作壓縮的，該方法包括獲得解碼系數(shù)(yp)的解碼操作和獲得位圖的閾值化操作。
圖像壓縮技術為存儲或傳輸?shù)母叱杀締栴}提供了重要的解決辦法。在掃描儀、打印機、傳真機、臺式印刷系統(tǒng)、醫(yī)學成像、形象藝術和許多其它的連續(xù)色調(diào)或彩色圖像應用領域中被廣泛使用。壓縮的結果是數(shù)據(jù)流變短，從而被更好地傳送、存儲和管理。有許多壓縮算法，例如TIFF CCITT、JBIG和JPEG。JPEG(聯(lián)合圖像專家組)已經(jīng)開發(fā)了一種通用的滿足許多連續(xù)色調(diào)圖像應用需求的壓縮標準。在G.K.Wallace的Communicatiohs of the ACM(CAM通信)，34，p31(1991)中可以得到詳細的說明。JPEG是基于首先轉換為頻域的圖像的壓縮。源圖像的取樣首先分組為8×8的塊。然后使用例如離散余弦變換(DCT)的頻域變換修改輸入的原像素的表示。獲得所謂的DCT系數(shù)，該系數(shù)可看作64點輸入信號中包含的2D空間頻率的相對量。在兩維中都為零頻率的系數(shù)稱為“DC系數(shù)”，而剩余的63個系數(shù)稱為“AC系數(shù)”。然后DCT系數(shù)被量化，即每個DCT系數(shù)除以相應的量化器步幅，隨后舍入為最近的整數(shù)。該操作的目的是舍棄視覺上影響不大的信息。這就是為什么量化固有地“有損失”的原因。以8×8陣列的Z字形序列排列DCT系數(shù)是適宜的。在該Z字形序列中，DC系數(shù)是標記為0的系數(shù)，頻率系數(shù)越高，標記越高。這種將低頻系數(shù)放置在高頻系數(shù)之前的排列有利于下面作為熵編碼的壓縮。熵編碼的步驟通過在DCT系數(shù)的統(tǒng)計特性基礎上更緊湊地編碼DCT系數(shù)來實現(xiàn)有效的壓縮。熵編碼方法的例子有霍夫曼編碼和算術編碼。
壓縮域圖像處理的好處是能夠降低對處理能力的要求。當要打印寬格式文件時，非?；ㄙM時間的操作是半色調(diào)化步驟，因為數(shù)據(jù)量很大。為了執(zhí)行壓縮過的例如JPEG格式壓縮的圖像的打印，編碼數(shù)據(jù)首先要被解碼。這可以使用霍夫曼解碼器來完成，從而獲得解碼的DCT系數(shù)。然后是去量化步驟。為了恢復輸入像素值，要執(zhí)行反離散余弦變換。半色調(diào)化，就是將彩色或灰度圖像生成為位圖即像素值僅有兩個可能的等級(打印點或不打印點)的圖像處理，可以在這些經(jīng)恢復的輸入像素值上執(zhí)行。公知的半色調(diào)化方法的例子是誤差擴散方法和掩蔽方法。在后一方法中，半色調(diào)化操作是用掩模對圖像作簡單閾值化的操作，其中掩?？梢杂胁煌?、排列在矩陣陣列中的閾值。但是，為了效率，圖像處理操作應該適應在壓縮的數(shù)據(jù)流上執(zhí)行。這對于寬格式文件尤其重要，因為處理時間的增進會很顯著。
在壓縮數(shù)據(jù)流上執(zhí)行的圖像處理操作在例如WO94/22108中公開。按照文件中公開的產(chǎn)生縮略圖或減少尺寸的圖像的方法，圖像根據(jù)DCT系數(shù)的DC值來產(chǎn)生。霍夫曼解碼器用于解碼壓縮的圖像數(shù)據(jù)，量化的DCT系數(shù)就是由它產(chǎn)生的。對AC系數(shù)的去量化和反DCT步驟被跳過。僅DC系數(shù)用于產(chǎn)生減少尺寸的圖像。換句話說，縮略圖像是從每個8×8塊的DC值產(chǎn)生的。生成圖像所需的處理時間減少了，并且用戶能夠快速瀏覽各圖像。但是，當用于從壓縮圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像時，該方法有這樣的缺點打印圖像中的生成細節(jié)的質量非常低，不能滿足用戶的需求。
本發(fā)明意欲提供一種從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像時減輕這些問題的方法。按照本發(fā)明的方法的特征在于在閾值化操作中僅考慮用于驗證選擇標準的解碼系數(shù)(yp)。
按照本發(fā)明的從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法的主要優(yōu)點是能夠在半色調(diào)圖像的視覺質量良好的同時實現(xiàn)快速的半色調(diào)化。半色調(diào)化操作相對快速是因為在閾值化操作中不是考慮所有的解碼系數(shù)。因為此閾值化操作的結果基本上和考慮所有解碼系數(shù)時所得結果相同，所以打印時的半色調(diào)圖像的示象令人滿意，并且細節(jié)被適當?shù)厣伞?br> 本發(fā)明特別提供一種從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法，其中解碼系數(shù)(yp)是離散余弦變換(DCT)系數(shù)。按照本發(fā)明的該實施例特別有價值，因為，在JPEG壓縮的情況下，最重要的處理部分在離散余弦變換中執(zhí)行。如果這樣的JPEG壓縮圖像要被完全解壓縮，就要執(zhí)行反離散余弦變換的步驟。按照本發(fā)明，將解碼系數(shù)(yp)變換回輸入像素的步驟被跳過。當解碼系數(shù)(yp)為DCT系數(shù)時，跳過反DCT將非常有利于產(chǎn)生半色調(diào)圖像，并且處理時間將得益。
按照本發(fā)明的一個方面，為閾值化操作選擇的解碼系數(shù)(yp)是DC系數(shù)(y0)和絕對值大于等于預定值LIM的AC系數(shù)。DC系數(shù)y0很重要，因為它給出了一個輸入像素塊的平均色調(diào)。而有些AC系數(shù)(yp)不明顯改變?yōu)楂@得半色調(diào)圖像而執(zhí)行的閾值化操作的結果。預定值LIM是在閾值化操作中所考慮的AC系數(shù)(yp)絕對值的最低界限。每個大于等于LIM絕對值的系數(shù)(yp)會對閾值化操作的結果有明顯的影響。
優(yōu)選地，閾值化操作中使用的元被預先計算。從而能夠進一步有益于處理時間。
在按照本發(fā)明的從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法中，為閾值化操作選擇的解碼系數(shù)(yp)被因子α放大。從而降低了半色調(diào)化操作中可能產(chǎn)生的噪聲。特別是，邊緣被增強而能夠避免噪聲線。
本發(fā)明還涉及一種從壓縮圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的裝置，其中壓縮圖像是由產(chǎn)生所得的域分量的系數(shù)的域變換和對所述系數(shù)進行編碼的編碼操作來壓縮的，該裝置包括執(zhí)行解碼操作以獲得解碼系數(shù)(yp)的解碼器和執(zhí)行閾值化操作以獲得位圖的半色調(diào)化模塊，該裝置配備有存儲數(shù)字壓縮圖像的存儲器和處理數(shù)字數(shù)據(jù)的處理單元，其中半色調(diào)化模塊按照本發(fā)明的方法執(zhí)行閾值化操作。
本發(fā)明進一步涉及一種具有按照本發(fā)明的方法從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的程序代碼的計算機程序。
本發(fā)明還涉及一種打印機，配備有接收外部產(chǎn)生的打印命令的網(wǎng)絡連接單元，處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的處理單元和打印單元，特征在于，處理單元配備有一種應用了按照本發(fā)明從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法的裝置。
現(xiàn)在將參考本發(fā)明以下舉例說明的實施例來解釋本發(fā)明，并參考附圖來說明。該實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應視為其限制。


圖1示出了典型的壓縮和解壓縮框架(現(xiàn)有技術)；圖2是按照本發(fā)明實施例產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法流程圖；圖3是可用于本發(fā)明的數(shù)字打印機的框圖。
在下文中，針對連續(xù)色調(diào)圖像例如灰度圖像來解釋從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法的實施例。也能夠應用該方法將壓縮的彩色圖像半色調(diào)化。當彩色打印機例如使用多個著色劑(如墨水形式的黑、青、品紅和黃)的噴墨打印機要打印彩色圖像時，相應的半色調(diào)圖像表現(xiàn)為同樣數(shù)目的彩色平面。每個彩色平面是連續(xù)色調(diào)圖像并且使用下文所述方法單獨地變換為位圖。為了避免偽像和莫爾紋圖，每個彩色分量應當使用不同的掩模并且要對這些掩模給以不同的取向。
首先給出圖像壓縮和解壓縮的一般框架。在圖1中概述了壓縮和解壓縮的原理(現(xiàn)有技術)。在壓縮算法的輸入端，源圖像取樣被分組為8×8的塊(S2)，表示例如[-2N-1，2N-1-1](帶符號整數(shù))范圍內(nèi)的像素值。這樣的8×8塊是具有64個系數(shù)ih，k的矩陣I，h取整數(shù)值0，...，7，k取整數(shù)值0，...，7。壓縮算法的下一步(S4)例如是離散余弦變換(DCT)，按照下列方程將系數(shù)ih，k變換為系數(shù)yr，syr,s=14C(r)C(s)Σh=07Σk=07cos((2h+1)r16π)cos((2k+1)s16π)ih,k---(1)]]>對于r，s＝0，C(r),C(s)=1/2,]]>否則，C(r)，C(s)＝1形成矩陣Y的64個DCT系數(shù)yr，s的每一個包含組成輸入信號頻譜的64個唯一的二維空間頻率之一。具有在兩維中都為零頻率的DCT系數(shù)稱為DC系數(shù)。剩下的63個DCT系數(shù)稱為AC系數(shù)。量化步驟(S6)旨在舍棄視覺上影響不大的信息。量化是多對一的映射，因此在原理上是“有損失的”。為了執(zhí)行量化，具有系數(shù)qr，s的64單元量化矩陣Q必須被應用指定。最高頻分量包含圖像的細節(jié)，人的視覺對此一般不敏感。因此，最高頻分量可以比其它分量更粗糙地量化而不會明顯降低圖像質量。量化操作對DCT系數(shù)yr，s執(zhí)行。通過以其相應量化步幅qr，s去除每個DCT系數(shù)得到量化的8×8塊yr，sq系數(shù)，隨后舍為最近整數(shù)yr,sq=IntegerRound(yr,sqr,s)---(2)]]>該量化級因為舍入運算而固有地“有損”。表示系數(shù)已經(jīng)被量化的標記q現(xiàn)在可以省去，但要記住系數(shù)無論如何是被量化了的。
壓縮圖像時要執(zhí)行的下一步是熵編碼步驟(參見圖1中的S8)。為了使該編碼更容易，通過將更可能為非零的低頻系數(shù)放置在高頻系數(shù)前，將系數(shù)yr，s排列為Z字形序列。兩維均為零頻(r＝0；s＝0)的DCT系數(shù)稱為DC系數(shù)，而塊的剩余系數(shù)稱為AC系數(shù)。DC系數(shù)與塊ik，h的平均值成比例。隨著r和s沿兩維都在增加，余弦頻率也增加。由于yr，s排列為Z字形序列，單個標記p而不是(r，s)可以用于DCT系數(shù)，表示為(yp)，p＝0，...，63。在該表示中，y0是DC系數(shù)。符號yp等于符號yr，s。
根據(jù)系數(shù)的統(tǒng)計特性，熵編碼(S8)通過更緊密地編碼DCT系數(shù)來實現(xiàn)壓縮。熵編碼方法的例子是霍夫曼編碼和算術編碼。這些方法由JPEG方案說明。編碼主要用符號發(fā)生頻率的函數(shù)的可變大小指定碼字?；舴蚵幋a要求表由應用指定。壓縮文件具有例如按照JPEG方案的格式。
通常的解壓縮算法也在圖1中示出，包括步驟解碼(S12)、反量化(S14)、反離散余弦變換(S16)和圖像的重建(S18)。使用例如霍夫曼解碼器(S12)，需要用于壓縮圖像的同樣的表來解壓縮圖像。因為已經(jīng)在壓縮框架中量化了(yp)系數(shù)，需要執(zhí)行反量化操作(S14)以得到未量化系數(shù)。反量化操作按照以下方程執(zhí)行yp=yr,sqqr,s---(3)]]>為了恢復64系數(shù)ih，k的塊I，要執(zhí)行反DCT操作(S16)。反DCT由以下方程表示ih,k=14Σr=07Σs=07C(r)C(s)cos((2h+1)r16π)cos((2k+1)s16π)yr,s---(4)]]>對于r，s＝0，C(r),C(s)=1/2,]]>否則，C(r)，C(s)＝1代替使用兩個標記h和k，在剩余的描述中使用標記d，d取值d＝0，...，63。于是反DCT可以寫為ih,k=id≈Σp=063ypFDCTpd---(5)]]>其中FDCTpd=FDCTr,sh,k=14C(r)Cs(s)cos((2h+1)r16)cos((2k+1)s16)]]>
p對應于(r，s)而d對應于(h，k)。
現(xiàn)在可以重建圖像(S18)并進行進一步的處理。
下面，依照圖2的流程圖解釋按照本發(fā)明從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法。該方法包括獲得解碼系數(shù)(yp)的解碼操作(S20)。例如，對于JPEG壓縮圖像，已經(jīng)在壓縮框架中編碼的DCT系數(shù)(yp)被恢復。由于量化的“有損”特性，解碼的系數(shù)約等于編碼的系數(shù)。
如以上解釋的，步驟(S22)執(zhí)行反量化操作，得到的系數(shù)用同樣的符號(yp)表示。
按照本發(fā)明從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法包括獲得位圖的閾值化操作。半色調(diào)化操作的一個例子是掩蔽方法。給定包括塊I的輸入圖像，其中ih，k是位于行h列k的像素，給定掩模的像素矩陣M，其中mh，k是矩陣單元，則基本的半色調(diào)化操作的目標是產(chǎn)生具有單元bh，k的輸出位圖矩陣B。利用掩模的閾值化操作可以寫為B＝IM，其中，如果ih，k≥mh，k，則bh，k＝1，否則bh，k＝0。
掩模的一個重要特性是它的光譜特性。有些掩模具有藍噪聲或綠噪聲。通用的方式是使用具有固定尺寸的掩模，并作為不重疊的片在圖像的不同部分上應用掩模。通常的掩模尺寸是128×128或256×256像素。
假定掩模尺寸是8×8，或者8×8掩模矩陣是具有更大尺寸的掩模的一部分，并使用標記d代替h和k，d＝0，...，63，則閾值化操作這時可以表示為B＝IM其中如果id≥md則bd＝1，否則bd＝0?；蛘邘缀跸嗟鹊?因為量化的“有損”舍入操作)，B＝IM如果id≈Σp=063ypFDCTpd≥md]]>則bd＝1，否則bd＝0。
按照本發(fā)明，在閾值化操作中僅考慮驗證選擇標準的經(jīng)解碼系數(shù)(yp)。通過評價和 并與md比較而對像素id所作的閾值化操作，有些(yp)對這種操作的結果應該沒有明顯影響。不考慮這些系數(shù)(yp)可以得到良好的結果，包括令人滿意的輸出位圖矩陣B和處理時間的明顯改善。S24是按照標準選擇參數(shù)、指定在閾值化操作中考慮哪個系數(shù)的步驟。
DC系數(shù)y0很重要，因為它給出了塊的平均色調(diào)，在閾值化操作中要被優(yōu)先考慮，也可以通過不等式表示Σp=163ypFDCTpd≥md-y0---(6)]]>選擇DC系數(shù)y0，和選擇(S24)其它系數(shù)yp，優(yōu)選地考慮絕對值大于等于預定值LIM的AC系數(shù)(yp)。例如，值為-1或1的系數(shù)不會像值為8或-14的系數(shù)那樣多地改變閾值化操作的結果。
對于所有圖像，LIM預定值可以是固定值。也可以是能夠由用戶確定并通過用戶接口輸入的值。還能夠自適應地確定LIM值。在該自適應方式中，對每個塊計算所謂的塊能量，例如所有AC系數(shù)(yp)的和。LIM值可以是計算的塊能量的函數(shù)。
為了進一步提高產(chǎn)生半色調(diào)圖像的處理速度，可以預先計算閾值化操作中使用的部分元，例如不等式右邊部分(md-y0)和元ypFDCTpd。這些元可以以表的形式放在存儲器中。
在按照本發(fā)明從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像方法的框架內(nèi)，還能夠增強圖像的邊緣。這具有明顯減少半色調(diào)化線中的噪聲的優(yōu)點。在已經(jīng)獲得解碼系數(shù)(yp)以后，用于閾值化操作的不等式左部分被因子α相乘，α可以是固定因子，或由用戶選擇，或以和上述LIM相同的方式由自適應方式確定。這時用于閾值化操作的不等式表示為Σp=163αypFDCTpd≥md-y0---(7)]]>圖3示出了應用了上述發(fā)明的數(shù)字打印機的最重要部分的圖解表示。
參考圖3，該裝置配備有用戶接口5和輸入單元6，用于接收別處例如經(jīng)網(wǎng)絡7產(chǎn)生的數(shù)字圖像，因此，該裝置作為打印機使用。
該裝置還配備有掃描器1，具有將記錄圖像轉換為數(shù)字圖像的裝置，存儲器2，存儲數(shù)字圖像例如壓縮JPEG圖像，處理數(shù)字圖像的處理單元3，和打印單元4，用于在紙或任何適當?shù)慕橘|上打印壓縮數(shù)字圖像。打印數(shù)字彩色圖像時，打印單元4包含多個彩色打印子單元，每個打印一種基色。例如四個彩色打印子單元可以以墨水或調(diào)色劑的形式使用基本著色劑青、黃、品紅和黑。彩色通過半色調(diào)化技術例如掩蔽或誤差擴散方法來生成。
來自掃描器1或輸入單元6的輸入圖像是連續(xù)色調(diào)圖像或彩色圖像。對于彩色圖像，每個彩色平面是連續(xù)色調(diào)圖像，并且使用本發(fā)明的方法單獨轉換為位圖。為了執(zhí)行半色調(diào)化操作，處理單元3配備有解碼器10，用于執(zhí)行獲得解碼系數(shù)(yp)的解碼操作，和半色調(diào)化模塊8，用于按照發(fā)明執(zhí)行閾值化操作。
處理單元3連接作到為用戶接口的操作單元5。操作者接口5包括選擇裝置，并可以配備有設置裝置，例如通過滑動或按鈕方式設置半色調(diào)化功能的一些參數(shù)。比如，當希望增強圖像邊緣和減少半色調(diào)化線時的噪聲時，可以選擇參數(shù)α。在存儲器2中，可以存儲一些閾值化操作中使用的預計算元。
當本發(fā)明用于在網(wǎng)絡環(huán)境中的打印機時，用戶例如能夠利用其工作站的打印機驅動程序指示必須用選擇的參數(shù)半色調(diào)化選擇的圖像。此時，打印機中的處理設備從壓縮圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像，并打印轉換過的圖像。
也可以在分離的計算機例如用戶的工作站上完成半色調(diào)化操作，然后將半色調(diào)數(shù)字圖像送給打印機或存入大容量存儲器。
雖然已經(jīng)參考上述舉例的實施例解釋了發(fā)明，但是不限于此。對于本領域技術人員來說，在權利要求的范圍內(nèi)其它實施例顯然是可能的。
權利要求
1.從通過域變換和編碼操作而壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法，其中所述域變換產(chǎn)生用來得出域分量的系數(shù)，并且所述系數(shù)通過所述編碼操作而被編碼，該方法包括執(zhí)行用于獲得解碼系數(shù)(yp)的解碼操作(S20)和用于獲得位圖的閾值化操作(S26)，其特征在于，在該閾值化操作(S26)中僅考慮用于驗證一個選擇標準的已解碼的系數(shù)(yp)。
2.根據(jù)權利要求1的產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法，其特征在于解碼后的系數(shù)(yp)是離散余弦變換(DCT)系數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2的產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法，其特征在于為閾值化操作(S26)所選擇的解碼系數(shù)(yp)是DC系數(shù)(y0)和僅其絕對值大于等于預定值LIM的AC系數(shù)。
4.根據(jù)權利要求2或3的產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法，其特征在于閾值化操作中使用的元是預先計算的。
5.根據(jù)前面任一權利要求的產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法，其特征在于使用霍夫曼解碼器獲得解碼系數(shù)(yp)。
6.根據(jù)前面任一權利要求的產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法，其特征在于為閾值化操作(S26)所選擇的解碼系數(shù)(yp)被因子α放大。
7.從通過域變換和編碼操作而壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的裝置，其中所述域變換產(chǎn)生用來得出域分量的系數(shù)，并且所述系數(shù)通過所述編碼操作而被編碼，該裝置包括解碼器(10)，用于執(zhí)行獲得解碼系數(shù)(yp)的解碼操作，和半色調(diào)化模塊(8)，用于執(zhí)行獲得位圖的閾值化操作，該裝置配備有用于存儲數(shù)字壓縮圖像的存儲器(2)和用于處理數(shù)字數(shù)據(jù)的處理單元(3)，其特征在于，該半色調(diào)化模塊(8)在閾值化操作中僅考慮用于驗證一個選擇標準的已解碼的系數(shù)(yp)。
8.根據(jù)權利要求7的產(chǎn)生半色調(diào)圖像的裝置，其特征在于解碼器(10)是霍夫曼解碼器。
9.根據(jù)權利要求7或8的產(chǎn)生半色調(diào)圖像的裝置，其特征在于該裝置配備的存儲器(2)存儲了預先計算的閾值化操作中使用的元。
10.計算機程序，具有程序代碼，當程序在計算機中執(zhí)行時，程序代碼根據(jù)權利要求1-6中任一權利要求的方法從域變換壓縮的圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像。
11.計算機程序產(chǎn)品，包括存儲在機器可讀存儲介質上的根據(jù)權利要求10的計算機軟件。
12.打印機，配備有接收外部產(chǎn)生的打印命令的網(wǎng)絡連接單元(7)，處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的處理單元(3)，和打印單元(4)，其特征在于打印機配備有根據(jù)權利要求7-9中任一權利要求的裝置。
全文摘要
從壓縮圖像產(chǎn)生半色調(diào)圖像的方法，其中壓縮圖像是由產(chǎn)生得出域分量的系數(shù)的域變換和編碼所述系數(shù)的編碼操作壓縮的，該方法包括獲得解碼系數(shù)(y
文檔編號H04N7/30GK1578385SQ20041004952
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權日2003年6月16日
發(fā)明者C·斯巴德, S·伯徹 申請人:奧西-技術有限公司