CN100354896C - 图像转换设备、图像转换电路及图像转换方法 - Google Patents

Abstract

一种图像转换设备，包括：模型单元(5)，计算每个多边形的顶点坐标并且计算与每个多边形顶点位置处的压缩比相应的前置滤波系数；纹理地址单元(6)，将计算出来的每个多边形的顶点坐标转换成每个像素的坐标并且利用每个像素的坐标设定用于将图像附加到模型的读地址；滤波系数单元(7)，将计算出来的前置滤波系数转换成每个像素处的前置滤波系数；使用滤波系数单元(7)转换得到的前置滤波系数对输入图像数据执行滤波的H方向前置滤波器(9)、HV扫描转换器(10)和V方向前置滤波器(11)；纹理存储器(13)，在其内写入所述滤波过的图像数据；以及纹理存储控制器(12)，根据所述设定的读地址从纹理存储器(13)内读出图像数据。

Description

图像转换设备、图像转换电路及图像转换方法

相关申请的交叉参考

本发明包含于2004年7月30日在日本专利局申请的申请号为JP2004-224209的日本专利申请相关的主题，在此结合其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及一种设备、电路和方法，其中利用纹理映射来转换图像。

背景技术

在计算机图像领域中，作为在虚拟三维空间中转换图像的技术，使用了称之为纹理映射的技术，其中制作了一种模型，该模型是目标形状并且结合称之为多边形的三角形而被配置，然后图像被附加到该模型内。这里，在虚拟三维空间内，在模型设置在比照相机更远离景点的情况下，模型尺寸减小。

在这种情况下，通过预先准备纹理数据执行具有较少混叠的纹理映射，其中在纹理数据中相同的图像具有更低分级的(离散)分辨率，并且将压缩比接近于模型的压缩比的纹理数据附加到模型。典型地，根据上述技术的防混叠方法称之为mipmap方法，并且在相位中分辨率低的纹理数据称之为mipmap图像。

如果将其中图像大小没有被减小的原始状态内的压缩比定义为1.0并且当图像大小已经被减小时的压缩比定义为0.0到0.999...，在mipmap方法中，将具有被减小了1/2ⁿ(一除以二的n次幂)如1.0、0.5、0.25、0.125、0.0625...的压缩比的有限数字作为纹理数据预先准备在存储器内。此后，如果模型的压缩比是，例如0.75，从存储器中读出压缩比是1.0的mipmap数据和压缩比是0.5的mipmap数据，并且另外，利用每个一半的加权加法线性内插上述mipmap数据，来计算其压缩比为0.75的纹理数据(参考专利文献1)。

[专利文献1]日本专利公开号第2002-83316(第0004段)。

然而，利用mipmap方法以典型的方式执行防混叠存在以下问题(1)到(3)。

(1)如果模型的压缩比是不同于mipmap数据的压缩比，防混叠不可能准确地被执行，因为两组mipmap数据如前面介绍的被线性内插。因而，在输出图像内出现混叠或模糊。

(2)因为必须准备输入图像的纹理数据，该纹理数据在大小上减小了1/2ⁿ，使处理时间变得更长并且使电路规模增大了。

(3)因为所需的作为纹理数据的数量大约是输入数据的数量的两倍，如输入图像+(输入图像的一半)+(输入图像的四分之一)+(输入图像的八分之一)+......，因此需要大容量的存储器。

发明内容

本发明解决上面提到的、以及与传统方法和设备有关的其他问题，并且提供图像转换设备、图像转换电路、以及图像转换方法，其中当图像利用纹理映射被转换时，不管模型的压缩比是多少都能得到具有较少混叠以及高图像质量的输出图像，并且处理时间较短，电路的规模减小而且还减小了存储器的容量。

为了解决上述问题，根据本发明实施例的图像转换设备包括：模型化装置，所述模型化装置相对于附加有图像的模型，计算每个多边形的顶点坐标并且计算与每个多边形顶点位置处的压缩比相应的前置滤波系数；读地址设定装置，所述读地址设定装置将所述模型化装置计算出来的每个多边形顶点坐标转换成每个像素的坐标并且利用所述每个像素的坐标设定用于将图像附加到所述模型的读地址；前置滤波系数转换装置，所述前置滤波系数转换装置将所述模型化装置计算出来的前置滤波系数转换成在每个像素处的前置滤波系数；前置滤波处理装置，所述前置滤波处理装置使用所述前置滤波系数转换装置转换得到的前置滤波系数对输入图像数据执行滤波；图像存储装置，在所述图像存储装置内写入所述前置滤波处理装置滤波过的图像数据；以及读出装置，所述读出装置根据所述读地址设定装置设定的读地址从所述图像存储装置内读出图像数据。

在上述图像转换设备内，关于图像被附加到一种模型的该模型，在计算了每个多边形的顶点坐标后，将每个多边形的顶点坐标转换成每个像素的坐标，并且利用每个像素的坐标设定将图像附加到模型内的读地址。

另外，关于上述模型，在计算了与每个多边形顶点处的压缩比对应的前置滤波系数后，将上述前置滤波系数转换成每个像素处的前置滤波系数。

另外，在利用每个像素处的前置滤波系数使输入图像数据被滤波并且被写入到图像存储装置后，根据设定的读地址从图像存储装置内读出图像数据，这样图像被附加到模型内(图像被转换)。

如上面所述，根据上述图像转换设备，输入图像数据利用与模型每个像素处的压缩比相应的前置滤波系数被前置滤波，从而被用作纹理数据。因而，因为根据模型的压缩比执行了最佳的前置滤波，这样不管模型的压缩比如何，得到了具有较少混叠并且高图像质量的输出图像。

另外，因为根据模型的压缩比仅需要准备一组纹理数据，这样可以缩短处理时间并且可以减小电路规模。

因为如前面所述，仅有一组纹理数据被提供并且输入图像数据的数量变成纹理数据的数量，这样减小了存储器(图像存储装置)的容量。

另外，作为上述图像转换设备的一个实施例，优选的是图像转换设备进一步包括地址存储装置，利用输入到前置滤波处理装置内的视频数据将在读地址设定装置内设定的读地址写入到该地址存储装置内，并且从该地址存储装置与视频数据一起基于同步信号输入读出一帧读地址；和读出装置，其根据从地址存储装置读出的读地址从图像存储装置读出图像数据。

因而，将实时纹理映射应用到输入视频数据内成为可能。

接下来，根据本发明的一个实施例，被安装到单个基板的图像转换电路包括：模型化装置，所述模型化装置相对于附加有图像的模型，计算每个多边形的顶点坐标并且计算与每个多边形顶点位置处的压缩比相应的前置滤波系数；读地址设定装置，所述读地址设定装置将所述模型化装置计算出来的每个多边形顶点坐标转换成每个像素的坐标并且利用所述每个像素的坐标设定用于将图像附加到所述模型的读地址；前置滤波系数转换装置，所述前置滤波系数转换装置将所述模型化装置计算出来的前置滤波系数转换成在每个像素处的前置滤波系数；前置滤波处理装置，所述前置滤波处理装置使用所述前置滤波系数转换装置转换得到的前置滤波系数对输入图像数据执行滤波；图像存储装置，在所述图像存储装置内写入所述前置滤波处理装置滤波过的图像数据；以及读出装置，所述读出装置根据所述读地址设定装置设定的读地址从所述图像存储装置内读出图像数据。

另外，根据本发明实施例的一种图像转换方法，包括：相对于附加有图像的模型，计算每个多边形的顶点坐标并且计算与每个多边形顶点位置处的压缩比相应的前置滤波系数的第一步骤；将在所述第一步骤中计算出来的每个多边形顶点坐标转换成每个像素的坐标并且利用所述每个像素的坐标设定用于将图像附加到所述模型的读地址的第二步骤；将所述第一步骤计算出来的前置滤波系数转换成每个像素处的前置滤波系数的第三步骤；使用所述第三步骤转换得到的前置滤波系数对输入图像数据执行滤波的第四步骤；将所述第四步骤滤波过的图像数据写入到图像存储装置内的第五步骤；以及根据在所述第二步骤设定的读地址从所述图像存储装置内读出图像数据的第六步骤。

根据前面的电路和方法，近似于根据本发明的实施例的上述图像转换设备的解释，当图像利用纹理映射被转换时，不管模型的压缩比如何，得到具有较小混叠和高图像质量的输出图像是可能的，并且为了缩短处理时间，减小了电路尺寸并且降低了存储器的容量。

根据本发明的实施例，在利用纹理映射转换图像的情况下，得到了如下有效性，即不管模型的压缩比如何，得到了具有较小混叠和高图像质量的输出图像、减小了处理时间、减小了电路规模并且减小了存储器容量。

另外，上述有效性可以使实时纹理映射应用到输入视频数据。

附图说明

图1是根据本发明实施例的一种图像转换设备结构的例子的方块图；

图2示出了图像被附加到其中的模型的例子；

图3A和图3B示出了一种多边形和其顶点的纹理坐标；

图4示出了每个子像素的纹理坐标图；

图5是子像素的生成数据的例子的附图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。图1根据本发明实施例的一种图像转换设备结构的例子的方块图。图像转换装置1是一种被存储在底座内的单个单元设备，并且大致包括地址处理块2和视频处理块3。

地址处理块2是用于执行减小模型大小以及进行转换的块，包括利用以太网执行通讯的网络界面4、模型单元5、纹理地址DDA(数字差动分析器)6、滤波系数DDA 7以及地址缓冲器8。

视频处理块3是为了将图像附加到通过地址处理模块2转换的模型内而执行防混叠的块，包括H方向前置滤波器9、HV扫描转换器10、V方向前置滤波器11、纹理存储控制器12、纹理存储器13、内插单元14以及同步分离单元15。

上述图像转换设备1用作操纵器(对图像执行专门作用的设备)，该操纵器是电视广播站内的非线性编辑系统的一部分，在电视广播站内通过以太网将地址处理块2连接到编辑端(安装了编辑软件的计算机)21，并且视频处理块3被连接到视频存储器(例如，VTR或AV服务器)22和监视器23。

在编辑端21内，基于操作者的操作指定图像被附加到模型内的该模型和要被转换的图像(视频数据)。图2示出了在编辑端21处被指定的模型的例子。将立方体从对角线观察的侧面(如斜线所示)指定为模型31。

如图1所示，从编辑端21，上述指定的模型形状示出的数据(线框数据)被提供到图像转换设备1内的地址处理块2内。

另外，从编辑端21，读出指定视频数据的指令被发送到视频存储器22内。从视频存储器22，根据上述指令读出的视频数据被发送到图像转换设备1内的视频处理块3。

在地址处理块2内，模型单元5基于编辑端21提供的线框数据将模型分成多个多边形。然后，计算每个多边形的顶点的纹理坐标，并且计算与每个多边形的顶点位置处的压缩比对应的前置滤波器系数。图3A示出了如图2中模型被分成多个多边形32的模型的状态，并且图3B示出了一个多边形32的顶点A、B和C的纹理坐标(s1，t1，q1)、(s2，t2，q2)和(s3，t3，q3)。

如图1所示，将在模型单元5内计算的纹理坐标数据发送到纹理地址DDA 6内。如图4所示，纹理地址DDA 6利用线性内插将每个多边形的顶点A、B和C的纹理坐标(s1，t1，q1)、(s2，t2，q2)和(s3，t3，q3)转换成每个子像素Ps(分辨率高于视频存储器22内的视频数据分辨率的像素)的纹理坐标(s，t，q)。然后，通过执行计算u＝s/q、v＝t/q，设置每个子像素的纹理地址(u，v)。上述纹理地址(u，v)被写入到地址缓冲器8内。

将模型单元5内计算的前置滤波系数发送到滤波系数DDA 7内。上述滤波系数DDA 7利用线性内插将与每个多边形顶点处的压缩比对应的前置滤波系数转换成与每个像素(分辨率等于视频存储器22内的视频数据分辨率的像素)处的压缩比对应的前置滤波系数。将通滤波波系数DDA 7转换得到的前置滤波系数发送到视频处理块3的H方向前置滤波器9和V方向前置滤波器11内。

在视频处理块3内，通过具有来自于滤波系数DDA 7的前置滤波系数的屏幕上水平方向中的像素，H方向前置滤波器9对视频存储器22发送的视频数据执行滤波。

将通过H方向前置滤波器9执行过滤波的视频数据发送到HV扫描转换器10。在将一帧图像数据写入到存储器内以后，HV扫描转换器10从存储器内沿屏幕的垂直方向读出每个像素的数据以扫描和转换视频数据。

将经HV扫描转换器10扫描和转换过的视频数据发送到V方向前置滤波器11。通过具有来自于滤波系数DDA 7的前置滤波系数的像素，V方向前置滤波器11对垂直方向的视频数据执行滤波。

将在V方向前置滤波器11内执行了滤波的视频数据通过纹理存储控制器12写入到纹理存储器13内。

另外，在视频处理块3内，同步分离单元15从视频存储器22发送的视频数据内分离出垂直同步信号并且发送该信号到地址处理块2内的地址缓冲器8。从地址缓冲器8，与上述垂直同步信号同步，读出一帧每个子像素的纹理地址(u，v)，并且被发送到视频处理块3内的纹理存储控制器12内。

纹理存储控制器12使来自于地址缓冲器8的每个子像素的纹理地址(u，v)作为读地址，并且在每个子像素附近从纹理存储器13读出多个(四个或八个)像素数据。

将从纹理存储器13读出的数据从纹理存储控制器12发送到内插单元14。内插单元14通过在每个子像素附近线性内插多个像素数据产生每个子像素的数据。图5是子像素的生成数据的例子的附图。在该实施例中，从纹理存储器13读出在子像素Ps附近的四个像素P0到P3的数据D0到D3，并且利用加权附加系数K0到K3线性内插数据D0到D3，得到子像素Ps的数据Ds，上述加权附加系数K0到K3与子像素Ps和像素P0到P3之间的距离相对应。

如图1所示，将内插单元14内产生的每个子像素的数据从图像转换设备1发送到监视器23并且在监视器23上显示。

在上述图像转换设备1内，对于图像被附加到一种模型内的该模型，在通过模型单元5计算了每个多边形的顶点坐标后，将每个多边形的顶点坐标转换成在纹理地址DDA 6内每个像素的坐标，并且利用每个像素的坐标设定用于将图像附加到模型内的读地址的纹理地址。

另外，关于上述模型，在利用模型单元5计算了与每个多边形顶点位置处的压缩比对应的前置滤波系数后，将上述前置滤波系数转换成滤波系数DDA 7内每个像素处的前置滤波系数。

然后，在输入视频数据(使用在H方向前置滤波器9和V方向前置滤波器11内的每个像素处的前置滤波系数对该输入视频数据执行滤波)被写入到纹理存储器13中后，根据已经被设定的纹理地址，通过从纹理存储器13读出的视频数据将一种图像附加到模型内(图像被转换)。

如上面所述，根据上述图像转换设备1，利用与模型的每个像素位置处的压缩比对应的前置滤波系数执行了前置滤波的输入图像数据被用作纹理数据。因而，因为根据模型的压缩比执行了最佳的前置滤波，与其中准备了等级(离散)压缩比的纹理数据的mipmap方法相比，不管模型的压缩比如何，仍得到了具有较少混叠并且高图像质量的输出图像。

另外，与其中对于输入图像来讲一系列纹理数据组需要减小1/2ⁿ的midmap方法相比，因为根据模型的压缩比仅需要准备一组纹理数据，可以缩短处理时间并且可以减小电路的规模。

因为与其中纹理数据的数量大约是输入图像数量的两倍的mipmap方法相比，如前面所述，仅有一组纹理数据并且输入图像数据的数量变成是纹理数据的数量，这样可以减小存储器(纹理存储器13)的容量。

另外，根据上述图像转换设备1，因为从地址缓冲器8中读出一帧纹理地址与从输入视频数据中分离出的垂直同步信号同步，并且将该纹理地址发送到纹理存储控制器12内，在将其写入到地址缓冲器8以后，将实时纹理映射应用到输入视频数据是可能的。

应当注意虽然在上面的实施例中视频数据被输入到图像转换设备1内，除此之外，静止图像数据和利用或计算机图像产生的数据也可以被输入到图像转换设备1内。如果静止图像数据被输入，实时特性不再需要从而省略了地址缓冲器8，允许纹理地址DDA6内设定的纹理地址直接发送到纹理存储控制器12内。

另外，在前面的实施例中，已经描述了利用以太网将作为单独的设备连接到编辑端21的图像转换设备1。然而，如其他实施例，可以制作一种图像转换电路，其中构成上述图像转换设备1的相同元件被安装到单个基板上，并且可以将图像转换电路安装在编辑端21的槽内

另外，在上面的实施例内，本发明应用于非线性编辑系统的一部分的操纵器。然而，不限于此，例如本发明还可应用于计算机游戏设备。

本领域普通技术人员应当理解的是，可以根据设计要求进行各种修改、组合、再组合以及变化，只要它们落入附属权利要求或其等效表述的范围之内。

Claims (10)

1、一种图像转换设备，包括：

模型化装置，所述模型化装置相对于附加有图像的模型，计算每个多边形的顶点坐标并且计算与每个多边形顶点位置处的压缩比相应的前置滤波系数；

读地址设定装置，所述读地址设定装置将所述模型化装置计算出来的每个多边形顶点坐标转换成每个像素的坐标并且利用所述每个像素的坐标设定用于将图像附加到所述模型的读地址；

前置滤波系数转换装置，所述前置滤波系数转换装置将所述模型化装置计算出来的前置滤波系数转换成在每个像素处的前置滤波系数；

前置滤波处理装置，所述前置滤波处理装置使用所述前置滤波系数转换装置转换得到的前置滤波系数对输入图像数据执行滤波；

图像存储装置，在所述图像存储装置内写入所述前置滤波处理装置滤波过的图像数据；以及

读出装置，所述读出装置根据所述读地址设定装置设定的读地址从所述图像存储装置内读出图像数据。

2、根据权利要求1所述的图像转换设备，进一步包括：

地址存储装置，利用被输入到所述前置滤波处理装置内的视频数据将所述读地址设定装置设定的读地址写入到该地址存储装置内，并且从该地址存储装置内与所述视频数据一起基于同步信号输入读出一帧读地址，

其中所述读出装置根据从所述地址存储装置读出的读地址从所述图像存储装置读出图像数据。

3、根据权利要求2所述的图像转换设备，进一步包括：

内插装置，根据从所述地址存储装置读出的读地址，利用从所述图像存储装置内读出的每个像素附近的多个图像数据产生所述读地址的图像数据。

4、根据权利要求3所述的图像转换设备，其中

所述每个像素附近的多个图像数据是四组或八组图像数据。

5、根据权利要求2所述的图像转换设备，其中

所述读地址设定装置内每个像素的所述坐标的分辨率高于所述输入视频数据的分辨率，并且

所述前置滤波系数转换装置内每个像素的所述位置处的分辨率等于所述输入视频数据的分辨率。

6、一种图像转换方法，包括步骤：

相对于附加有图像的模型，计算每个多边形的顶点坐标并且计算与每个多边形顶点位置处的压缩比相应的前置滤波系数的第一步骤；

将在所述第一步骤中计算出来的每个多边形顶点坐标转换成每个像素的坐标并且利用所述每个像素的坐标设定用于将图像附加到所述模型的读地址的第二步骤；

将所述第一步骤计算出来的前置滤波系数转换成每个像素处的前置滤波系数的第三步骤；

使用所述第三步骤转换得到的前置滤波系数对输入图像数据执行滤波的第四步骤；

将所述第四步骤滤波过的图像数据写入到图像存储装置内的第五步骤；以及

根据在所述第二步骤设定的读地址从所述图像存储装置内读出图像数据的第六步骤。

7、根据权利要求6所述的图像转换方法，其中：

在所述第四步骤内，输入视频数据；

在所述第二步骤内，将已经被设定的读地址写入到地址存储装置内，并且与所述视频数据一起基于同步信号输入从所述地址存储装置读出一帧读地址；并且

在所述第六步骤中，根据从所述地址存储装置读出的读地址从所述图像存储装置读出图像数据。

8、根据权利要求7所述的图像转换方法，进一步包括：

第七步骤，其根据从所述地址存储装置读出的读地址，利用从所述图像存储装置内读出的每个像素附近的多个图像数据通过内插产生所述读地址的图像数据。

9、根据权利要求8所述的图像转换方法，其中

所述每个像素附近的多个图像数据是四组或八组图像数据。

10、根据权利要求7所述的图像转换方法，其中

在所述第二步骤内的每个像素的所述坐标的分辨率高于所述输入视频数据的分辨率，并且

在所述第三步骤内每个像素的所述位置处的分辨率等于所述输入视频数据的分辨率。

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