CN100414963C - 归一化方法、多维插值方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种归一化方法、多维插值方法及设备。在用于将由二进制计数法表示的P位输入数字信号归一化为2^M-1个色调的处理中，其中0＜M≤P，重复连接输入数字信号的高M位直至达到P位；将作为连接结果得到的连接信号与输入数字信号进行比较；并根据比较结果将高M位表示的值或者从高M位表示的值中减去1所得到的值确定为归一化值。

Description

归一化方法、多维插值方法及设备

技术领域

本发明涉及一种归一化(normalization)方法、多维插值方法及设备。

背景技术

输入和输出装置之间的颜色再现

近年来，普遍将扫描器、摄像机等作为输入装置。此外，普遍将使用喷墨系统、染料热升华(sublimation)系统、电子照像系统等的各种彩色打印机作为输出装置。通常，这些彩色输入和输出装置分别具有特有的色空间。因为该原因，即使当将由任意扫描器扫描的彩色图像按原样传送到彩色打印机，并由彩色打印机打印时，打印的彩色图像的颜色极少与由扫描器扫描的原稿彩色图像的颜色匹配。

为了针对彩色图像等解决这种与装置之间的颜色再现性有关的问题，需要用于将输入装置的色空间变换为输出装置的色空间的处理(下文中称为“色空间变换”)。为达到该目的，通常输入和输出装置都包含色空间变换功能，从而提高输入和输出装置之间的颜色再现性能。

应当指出，色空间变换表示一系列完整的图像处理，例如输入γ(伽马)校正、亮度浓度变换、遮蔽(masking)、黑生成(blackgeneration)、UCR、输出γ校正等，或者在某些情况下仅为这些处理中的一部分。

作为色空间变换方法，同时参考输入装置的三种颜色的数字图像信号，并将其变换为输出装置的三种或者四种颜色的数字图像信号。

输入装置的三种颜色表示例如红、蓝和绿(下文中简称为“RGB”)。输出装置的三种颜色表示例如青、品红和黄(下文中简称为“CMY”)。输出装置的四种颜色表示例如青、品红、黄和黑(下文中简称为“CMYK”)。在电子照像系统的复印机的情况下，由于打印机的引擎特性随着运行时间的流逝而变化，因此需要定期的校准。由于该原因，在这种情况下，也需要从输出装置的四种颜色(例如“CMYK”)变换为输出装置的四种颜色(例如“CMYK”)。

色空间变换方法概述

作为实现色空间变换的方法，可以使用将变换结果以查找表(下文中简称为“LUT”)形式存储在存储器中、并响应输入数字图像信号从该LUT输出变换结果的方法。

使用LUT的色空间变换方法经常一起使用插值计算以减小LUT的存储器的大小。使用三维插值计算来实现三色的输入数字图像信号的色空间变换。此外，使用四维插值计算来实现四色的输入数字图像信号的色空间变换。

下面说明使用三维查找表(下文中简称为3D-LUT)和三维插值计算二者的三色输入数字图像信号的色空间变换。

色空间变换方法的详细内容

图12示出使用3D-LUT通过三维插值计算实现色空间变换的功能框图。使用这些功能块，对输入数字图像信号(R，G，B)1205可以得到插值1235。

在获得插值1235时，数据分割单元1210将输入数字图像信号(R，G，B)1205分割为高位信号1215和低位信号1218。将三个数字图像信号的高位信号1215作为色空间的整数坐标intg_coord，从而选择在三维插值计算中使用的单位立体(unit solid)。

图13的附图标记“a”示出由限定值通过沿各轴方向分割三维输入的色空间(RGB空间)所得到的单位立体。在图13的附图标记“a”中，着色部分表示由高位信号1215选择的单位立体，在三维插值计算中使用该单位立体。

应当指出，在图12中的3D-LUT 1220中预存与图13的附图标记“b”表示的单位立体的各顶点(RD0～RD7)相对应的色空间变换后的数据。下文中将这些数据称为参考值RD 1225(图12所示)。

当从3D-LUT 1220读出与选择的单位立体的各顶点相对应的参考值RD 1225时，将参考值RD 1225输入到插值计算单元1230。

另一方面，将三个数字图像信号的低位信号1218作为色空间的小数坐标(小数部分的坐标)frac_coord，并用来计算三维插值计算的加权系数(插值系数)g。在图12所示的功能块中将小数坐标frac_coord自身用作加权系数(插值系数)g。

插值计算单元1230通过参考值RD 1225和加权系数(插值系数)g的插值计算(在大多数情况下为积和计算)来计算插值X 1235作为图12中的功能框的输出。立方体插值计算情况下的插值计算公式如下(参见图13的附图标记“b”)。

fi：小数坐标frac_coord[i]  (i：输入轴编号)

Si：区间宽度(相邻参考点RD之间的间隔)

Gi：加权系数(插值系数)

$\mathrm{gi}=\frac{\mathrm{fi}}{\mathrm{Si}}$

t₀＝RD₀+(RD₁-RD₀)×g₀

t₁＝RD₂+(RD₃-RD₂)×g₀

t₂＝t₀+(t₁-t₀)×g₁

t₃＝RD₄+(RD₅-RD₄)×g₀

t₄＝RD₆+(RD₇-RD₆)×g₀

t₅＝t₃+(t₄-t₃)×g₁

X＝t₂+(t₅-t₂)×g₂    方程(1)

整数坐标、小数坐标和加权系数计算方法概述

作为从高位信号1215计算色空间的整数坐标intg_coord的方法和从低位信号1218计算小数坐标frac_coord和加权系数(插值系数)g的方法，大致有两种不同的现有技术。这两种现有技术之间的不同之处在于在图13的附图标记“a”所示的色空间的各轴(R，G，B)上存在的参考值RD 1225由2^M个点((2的M次幂)点)或者2^M+1个点((2的M次幂+1)点)定义。

参考值RD 1225由2^M个点定义的情况称为现有技术1，参考值RD 1225由2^M+1个点定义的情况称为现有技术2，下面说明这两种现有技术。为了简单起见，下面以线性插值计算为例代替三维插值计算，如图14中的附图标记“a”和“b”所示。由于以下说明针对N维插值计算的输入轴中的每一个进行，因此对线性插值计算的说明就足够了。

使用现有技术1的计算方法(当参考值由2 ^M 个点定义时)

下面使用图14中的附图标记“a”说明现有技术1。现有技术1的优点在于，由于沿轴分配2^M个点的参考值RD，因此在LUT中存储的参考值RD的总数为2的幂的值。

通常，将LUT实现为存储器。首先，由于当项数为2的幂的值时，存储器变为最有效率的电路，因此可以容易地形成现有技术1的LUT的硬件，从而提供现有技术1的优点。相反地，现有技术1具有以下缺点。

当由输入色调P[位]表示输入数字图像信号(R，G，B)1205中的每一个时，输入色调P具有0～2^P-1的色调范围和最大色调位2^P-1。图14中的附图标记“a”所示的输入数字图像信号data_in表示与输入数字图像信号(R，G，B)1205的一个轴相对应的输入数字图像信号。

在现有技术1中，由于沿轴以几乎相等间隔在色调0～2^P-1上分配2^M个点的参考值，因此形成相邻的参考值RD之间的2^M-1个间隔(下文中称为区间)。一个区间的长度(区间宽度S)为最大色调2^P-1除以区间数2^M-1所得到的值。

从图14中的附图标记“a”可以理解，如果在边界值2S和3S之间存在输入数字图像信号data_in，如图14的附图标记“a”所示，则线性插值计算所需的参考点为RD[2S]和RD[3S]。

这时，色空间的整数坐标intg_coord为边界值2S，色空间的小数坐标frac_coord为从输入数字图像信号data_in中减去边界值2S所得到的值(即上述除法的余数)。

使用现有技术1的方法，由于区间数2^M-1总为奇数值，因此不能通过简单的位操作来计算色空间的整数坐标intg_coord。因此，在现有技术1中，通常，输入数字图像信号data_in除以区间宽度S，除法结果的商用作色空间的整数坐标intg_coord，除法结果的余数用作色空间的小数坐标frac_coord。

为达到该目的，现有技术1需要除法器来计算插值计算所需的色空间的整数坐标intg_coord和小数坐标frac_coord。

此外，根据输入数字图像信号data_in的位深度P[位]和每一个轴的参考值RD的数量2^M的组合，引起图15所示的问题。

更具体地，当最大色调2^P-1可以被区间数2^M-1除尽(余数＝“0”)时，全部区间具有相等的区间宽度S。然而，当最大色调2^P-1不能被区间数2^M-1除尽时，像图15中的阴影线区间一样形成具有与其他区间不同的区间宽度S的区间。由于该原因，必须在例如寄存器等的存储装置中预存各区间的边界值和区间宽度，并且必须将输入数字图像信号data_in与全部边界值进行比较以基于其比较结果来计算色空间的整数坐标intg_coord。其结果是，随着每一个轴的参考值数量的增加，该与边界值进行比较的处理产生较重的计算负荷。

使用现有技术2的计算方法(当参考值由2 ^M +1个点定义时)

下面使用图14中的附图标记“b”说明现有技术2。现有技术2的优点在于不像上述现有技术1一样需要除法器来计算插值计算所需的色空间的整数坐标intg_coord和小数坐标frac_coord。另一个优点在于不需要进行输入数字图像信号data_in与全部边界值的比较处理。

如图14中的附图标记“b”所示，在现有技术2中，沿轴在色调0～2^P-1上以相等的间隔分配2^M+1个点的参考值RD。由于该原因，相邻的参考值RD之间的间隔(区间)数为2^M。不可避免的，一个区间的长度(区间宽度S)为最大色调2^P-1除以区间数2^M所得到的值。然而，可以通过将输入数字图像信号右移M位的计算来计算色空间的整数坐标intg_coord。这时，色空间的小数坐标frac_coord为输入数字图像信号的低M位。

应当指出，在现有技术2中必须小心计算色空间的小数坐标frac_coord。由于最大色调不是2^P而是2^P-1，因此第一(“1”)～第“2^M-1”个区间具有2^P-M的区间宽度S。此外，小数坐标frac_coord的色调数变为2^M个色调。然而，最后第“2^M”个区间的区间宽度S变为2^P·M-1，小数坐标frac_coord的色调数变为2^M-1。

因为该原因，必须将最后第“2^M”个区间的小数坐标frac_coord通过乘以2^P-M/(2^P-M-1)而调整为其他区间。

在现有技术2中，由于沿轴分配2^M+1个点的参考值RD，因此在LUT中存储的参考值RD的总数不是2的幂的值。因为该原因，不像现有技术1，当由存储器构成LUT时，LUT不是有效率的电路。

在N维插值设备中，由于LUT的电路规模随着输入数字图像信号的维数N的增加而指数增加，因此各轴所需的参考值RD的总数优选尽可能小。现有技术1的参考值RD的总数为(2^M)^N，而现有技术2的参考值RD的总数为(2^M+1)^N。因为该原因，现有技术2需要比现有技术1大的LUT的电路规模。此外，现有技术1需要除法器来代替现有技术2中的简单的移位计算。然而，在3或者4维插值电路中，由存储器构成的LUT的电路规模占用整个设备的电路规模的大部分。因为该原因，虽然计算内容复杂，但现有技术1具有较小的电路规模。

如上所述，现有技术1和2具有相反的优点和缺点。因为该原因，当要减小LUT的电路规模时，由现有技术1来实现多维插值设备。当要简化计算处理时，由现有技术2来实现多维插值设备。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有小的电路规模和轻的计算处理的归一化方法、多维插值方法及设备。

本发明的另一目的是提供一种归一化方法，用于将由二进制计数法表示的P位输入数字信号归一化为2^M-1个色调(hue)(0＜M≤P)，包括如下步骤：重复连接输入数字信号的高M位直至达到P位；将作为连接步骤的连接结果而得到的第一连接信号与输入数字信号进行比较；以及根据比较步骤的比较结果，将高M位表示的值或者从高M位表示的值中减去1所得到的值确定为归一化值。

本发明的另一目的是提供一种多维插值方法，其在多维插值设备中使用，通过将具有P位输入色调并由二进制计数法表示的输入数字图像信号量化为2^M-1个色调来进行色空间变换的多维插值计算(0＜M≤P)，包括如下步骤：重复连接输入数字图像信号的高M位直至达到P位；将作为连接步骤的连接结果而得到的第一连接信号与输入数字图像信号进行比较；以及根据比较步骤的比较结果，将高M位表示的值或者从高M位表示的值中减去1所得到的值确定为量化值。

本发明的又一目的是提供一种归一化方法，用于将由二进制计数法表示的P位输入数字信号归一化为2^M-1个色调(0＜M≤P)，包括如下步骤：重复L次连接输入数字信号的高M位直至等于或大于P位，其中L为整数；将输入数字信号的高M×L-P位连接到输入数字信号的最低有效位(least significant bit，LSB)；比较两个连接步骤的连接结果；以及根据比较步骤的比较结果，将高M位表示的值或者从高M位表示的值中减去1所得到的值确定为归一化值。

本发明的又一目的是提供一种多维插值方法，其在多维插值设备中使用，通过将具有P位输入色调并由二进制计数法表示的输入数字图像信号量化为2^M-1个色调来进行色空间变换的多维插值计算(0＜M≤P)，包括如下步骤：重复L次连接输入数字图像信号的高M位直至等于或大于P位，其中L为整数；将输入数字图像信号的高M×L-P位连接到输入数字图像信号的LSB；比较两个连接步骤的连接结果；以及根据比较步骤的比较结果，将高M位表示的值或者从高M位表示的值中减去1所得到的值确定为量化值。

本发明的另一目的是提供一种归一化设备，用于将由二进制计数法表示的P位输入数字信号归一化为2^M-1个色调(0＜M≤P)，包括：连接单元，用于重复连接输入数字信号的高M位直至达到P位；比较单元，用于将作为连接单元的连接结果而得到的第一连接信号与输入数字信号进行比较；以及归一化值确定单元，用于根据比较单元的比较结果，将高M位表示的值或者从高M位表示的值中减去1所得到的值确定为归一化值。

本发明的另一目的是提供一种多维插值设备，通过将具有P位输入色调并由二进制计数法表示的输入数字图像信号量化为2^M-1个色调来进行色空间变换的多维插值计算(0＜M≤P)，包括：连接单元，用于重复连接输入数字图像信号的高M位直至达到P位；比较单元，用于将作为连接单元的连接结果而得到的第一连接信号与输入数字图像信号进行比较；以及量化值确定单元，用于根据比较单元的比较结果，将高M位表示的值或者从高M位表示的值中减去1所得到的值确定为量化值。

本发明的另一目的是提供一种归一化设备，用于将由二进制计数法表示的P位输入数字信号归一化为2^M-1个色调(0＜M≤P)，包括：第一连接单元，用于重复L次连接输入数字信号的高M位直至等于或大于P位，其中L为整数；第二连接单元，用于将输入数字信号的高M×L-P位连接到输入数字信号的LSB；比较单元，用于比较第一连接单元和第二连接单元的连接结果；以及归一化值确定单元，用于根据比较单元的比较结果，将高M位表示的值或者从高M位表示的值中减去1所得到的值确定为归一化值。

本发明的另一目的是提供一种多维插值设备，通过将具有P位输入色调并由二进制计数法表示的输入数字图像信号量化为2^M-1个色调来进行色空间变换的多维插值计算(0＜M≤P)，包括：第一连接单元，用于重复L次连接输入数字图像信号的高M位直至等于或大于P位，其中L为整数；第二连接单元，用于将输入数字图像信号的高M×L-P位连接到输入数字图像信号的LSB；比较单元，用于比较第一连接单元和第二连接单元的连接结果；以及量化值确定单元，用于根据比较单元的比较结果，将高M位表示的值或者从高M位表示的值中减去1所得到的值确定为量化值。

从以下对典型实施例的说明(参考附图)，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。

图1是示出彩色复印机的整体配置的例子的框图；

图2是示出根据本发明实施例的多维插值设备的电路配置的框图；

图3是示出根据本发明实施例的多维插值设备的数据分割单元和加权系数计算单元的处理的流程图；

图4是示出根据本发明第一实施例的多维插值设备中的“准备”处理的说明性视图；

图5是示出根据本发明第一实施例的多维插值设备中的“分类”处理的流程图；

图6是示出根据本发明第一实施例的多维插值设备中的“分类”处理的说明性视图；

图7是示出根据本发明第二实施例的多维插值设备中的“准备”处理的说明性视图；

图8是示出根据本发明第二实施例的多维插值设备中的“分类”处理的流程图；

图9是根据本发明第二实施例的多维插值设备中的“分类”处理的说明性视图；

图10是示出当各轴的参考点的数量不同时的归一化的说明性视图；

图11是示出根据本发明第二实施例的多维插值设备的数据分割单元和加权系数计算单元的电路例子的框图；

图12是示出用于使用3D-LUT进行三维插值计算的功能块的框图；

图13是示出三维输入的色空间(RGB空间)沿各轴方向除以有限值(limited value)而得到的单位立体的视图，以及示出选择的单位立体的视图；

图14是现有技术1和2的多维插值设备的说明性视图；

图15示出现有技术1的区间宽度；以及

图16是根据另一个实施例的纹理图的说明性视图。

具体实施方式

现在根据附图详细说明本发明的优选实施例。

第一实施例

彩色复印机的配置

本发明不限于彩色复印机。然而，作为例子，下面说明本发明用于彩色复印机的情况。图1示出包括根据本发明实施例的多维插值设备的彩色复印机的整体配置的例子。图像扫描单元120包括CCD传感器124、模拟信号处理器126等。由CCD传感器124将经由透镜122在CCD传感器124上形成的原稿100的图像变换为R、G和B模拟电信号。

将变换后的图像信号输入到模拟信号处理器126，对R、G和B各颜色进行校正等，然后进行模/数(A/D)转换。将数字全色信号(下文中称为数字图像信号)输入到图像处理单元130。

图像处理单元130对数字图像信号施加输入γ(伽马)校正、色空间变换、浓度校正和画面处理，并将处理后的数字图像信号输出到打印机单元140。打印机单元140包括包含激光器等的曝光控制器(未示出)、图像形成单元(未示出)、转印薄片输送控制器(未示出)等，并基于输入数字图像信号将图像记录在转印薄片上。

CPU电路单元110包括用于运算控制的CPU 112、存储永久性数据和程序的ROM 114、用来临时存储数据和加载程序的RAM116等。CPU电路单元110通过控制图像扫描单元120、图像处理单元130、打印机单元140等来系统地控制彩色复印机的序列。外部存储装置118是例如盘等的介质，其存储彩色复印机使用的参数和程序。可以将数据、程序等从外部存储装置118加载到RAM 116上。

在前述彩色复印机中，作为图像处理单元130的一个功能，实现根据本发明实施例的多维插值设备，该多维插值设备进行色空间变换。应当指出，本发明的多维插值设备将输入装置的色空间变换为输出装置的色空间，但是其可以进行全部类型的输入和输出装置的色空间变换。下面使用图2详细说明多维插值设备的电路配置和处理流程。

多维插值设备的电路配置和全部处理流程

图2是用于说明根据本实施例的多维插值设备的电路配置和处理流程的框图。根据本实施例的多维插值设备对N维输入数字图像信号进行插值计算，输出新的信号作为插值。

将数字图像信号205输入到多维插值设备。数字图像信号205是N维信号。数据分割单元210将数字图像信号205分割为整数坐标信号212和小数坐标信号214。由于数字图像信号205是N维信号，因此数据分割后的整数坐标信号212和小数坐标信号214二者均包含N个信号。

通常，根据在插值计算中使用的单位立体的数量确定每一个整数坐标信号212的位深度。例如，如果N维空间的任意轴有2^M-1个单位立体，则对应于该轴的整数坐标信号212的位深度为M位。

此外，通常，由从相应的数字图像信号205的位深度中减去相应的整数坐标信号212的位深度所得到的剩余位深度来表示每一个小数坐标信号214。然而，在本实施例中，如稍后的说明，将小数坐标信号214的位深度扩展到预定内部计算精度。因为该原因，从数据分割单元210输出的每一个小数坐标信号214的位深度变为等于内部计算精度W位。

参考坐标选择单元220确定从多维LUT 260读出插值计算所需的参考值信号252所需的坐标，并将该坐标作为参考坐标信号222输出。同样地，加权系数计算单元240基于小数坐标信号214计算加权系数(插值系数)信号242，并将其输出到插值计算单元270。

应当指出，稍后说明从小数坐标信号214计算加权系数(插值系数)242的方法。

参考值读取单元250使用参考坐标信号222从多维LUT 260读出所需数量的参考值，将其作为参考值信号252输出。

由多个子存储器来实现多维LUT 260。参考值读取单元250将与子存储器的数量相同的地址信号254输出到副存储器对其进行存取，并从子存储器接收数据信号262。插值计算单元270接收所需数量的参考值信号252和加权系数(插值系数)信号242，进行预定插值计算(例如方程(1))，输出一个输出信号275(插值后的值)。

图3是示出根据本实施例的多维插值设备的数据分割单元210和加权系数计算单元240的处理流程的流程图。图3中的“准备”处理(步骤S302)和“分类”处理(步骤S303)是用于计算插值计算所需的色空间的整数坐标intg_coord和小数坐标frac_coord的处理。

图3中的“校正”处理(步骤S304)是用于通过归一化小数坐标frac_coord来计算加权系数(插值系数)g的处理。

从图3的流程图明显可以看出，与输入数字图像信号的维数(N次)相对应地进行一系列处理，即“准备”处理(步骤S302)、“分类”处理(步骤S303)和“校正”处理(步骤S304)(步骤S301和S305)。

用硬件实现时，通过安装与上述一系列处理同样多的硬件组(N组)，可以容易地实现并行处理，本发明的方法可以容易地扩展到N维插值设备。下面详细说明上述一系列处理。

图4的401是示出“准备”处理(步骤S302)的第一详细处理内容的说明性视图。在图4中，“[i]”表示N维输入数字图像信号的第i个信号。

提取具有P位输入色调的输入数字图像信号data_in[i]的高M位，将其定义为重复信号rpb[i](图4的401中的处理A)。

将M位的重复信号rpb[i]重复连接L次(L为整数)，直到达到P位。这时，通过将重复信号rpb[i]重复L次形成的信号为L×M位。如果该信号大于P位，则切掉L×M-P位。将以这种方式产生的信号定义为比较信号boundary[i](图4的401中的处理B)。

此外，将与处理B相同的处理施加到通过从重复信号rpb[i]中仅减去1所得到的信号，将产生的信号定义为比较信号boundary_m[i](图4的401中的处理B′)。

此外，将与处理B相同的处理施加到通过对重复信号rpb[i]仅加上1所得到的信号，将产生的信号定义为比较信号boundary_p[i](图4的401中的处理B″)。

图4的402示出在各处理中代入实际数值的例子。当参考值的数量为23(2的三次幂)时，提取输入数字图像信号data_in[i]的高三位。在这种情况下，输入数字图像信号data_in[i]的位深度为10位，必须重复四次连接以超过该位深度。因此，当提取的高3位是“011”时，通过将这些位连接四次得到的信号为“011 011 011011”。

在该连接信号中，由于低2位是多余的，因此将其去除，比较信号boundary[i]由“011 011 011 0”表示。由于通过从重复信号rpb[i]中仅减去1所得到的信号为“010”，因此信号boundary_m[i]由“010 010 010 0”表示。此外，由于通过对重复信号rpb[i]仅加上1所得到的信号为“100”，因此信号boundary_p[i]由“100 100100 1”表示。

下面使用图5说明“分类”处理(步骤S303)的第一详细处理内容。应当指出，  图6的附图标记“a”和“b”是用于说明“分类”处理(步骤S303)的概述的视图。

在计算色空间的整数坐标intg_coord[i]和小数坐标frac_coord[i]时，使用在“准备”处理(步骤S302)中计算的重复信号rpb[i]、rpb[i]-1和rpb[i]+1与比较信号boundary[i]、boundary_m[i]和boundary_p[i]，以及输入数字图像信号data_in[i]。

图6的附图标记“a”和“b”中从左至右的箭头表示与图14的附图标记“a”和“b”相同的输入数字图像信号data_in[i]的幅值，随着箭头从左向右移动，输入数字图像信号data_in[i]变大。图6的附图标记“a”和“b”中的每一个示出三个量化值“rpb[i]-1”、“rpb[i]”和“rpb[i]+1”，在这些量化值之间夹有两个区间。

与这些量化值相对应的边界值为比较信号boundary[i]、boundary_m[i]和boundary_p[i]。如果输入数字图像信号data_in[i]等于或者大于boundary[i](在步骤S501→步骤S502中的“否”的情况下)，则该流程前进到步骤S504。其结果是，如图6的附图标记“a”所示，色空间的整数坐标intg_coord[i]为rpb[i]。

然后，从输入数字图像信号data_in[i]中减去比较信号boundary[i]所得到的值变为色空间的小数坐标frac_coord[i]。从比较信号boundary_p[i]中减去比较信号boundary[i]所得到的值为区间宽度section[i]。

相反，如果输入数字图像信号data_in[i]小于boundary[i](在步骤S501→步骤S502中的“是”的情况下)，则该流程前进到步骤S503。其结果是，如图6的附图标记“b”所示，色空间的整数坐标intg_coord[i]为“rpb[i]-1”。

然后，色空间的小数坐标frac_coord[i]是从输入数字图像信号data_in[i]中减去boundary_m[i]所得到的值。此外，从比较信号boundary[i]中减去比较信号boundary_m[i]所得到的值为区间宽度section[i]。

如上所述，根据采用本实施例的处理的多维插值设备，在计算色空间的整数坐标intg_coord和小数坐标frac_coord时，不需要使用除法器或者余数计算器。

即使当最大色调2^P-1不能被区间数2^M-1除尽时(当像图15中的阴影区间一样形成区间宽度S与其他区间不同的区间时)，在该多维插值设备中不需要进行现有技术1的如下处理：用于预先存储各区间的边界值和区间宽度的处理，将输入数字图像信号data_in[i]与全部边界值进行比较，并基于其比较结果计算色空间的整数坐标intg_coord[i]。

最后，由加权系数计算单元240在“校正”处理(步骤S304)中将小数坐标frac_coord[i]除以区间宽度section[i]，将商定义为加权系数(插值系数)g。

第二实施例

在图5所示的处理中，存在具有两种不同的区间宽度(boundary_p[i]-boundary[i]和boundary[i]-boundary_m[i])的状况。因此，在计算加权系数(插值系数)g时，小数坐标frac_coord[i]必须在“校正”处理(步骤S304)中除以区间宽度section[i]。即，为了处理任意的P位输入色调和任意的M，加权系数计算单元240必须包含除法器。

然而，当最大色调2^P-1能被区间数2^M-1除尽时，区间宽度section[i]具有独立于区间的相同值。因此，可以通过使用近似表达式来避免需要除法器。因此，下面说明使用近似表达式的方案。

图7的701示出“准备”处理(步骤S302)的第二详细处理内容。提取具有P位输入色调的输入数字图像信号data_in[i]的高M位，并将其定义为重复信号rpb[i](图7的701中的处理A)。

将M位的重复信号rpb[i]重复连接L次(L为整数)，直到连接结果等于或者大于P位。这时，将重复信号rpb[i]重复L次而形成的信号为L×M位(使bw[i]为该位深度)。

将以这种方式产生的信号定义为比较信号boundary[i](图7的701中的处理B)。与图4的处理不同，即使当将重复信号rpb[i]重复连接L次而产生的L×M位的信号大于P位时，也不切掉L×M-P位。

接下来，与在图7的701中的处理B一样，将表示“1”的M位信号(仅LSB为“1”的M位信号)重复连接相同的次数(L次)，因此产生L×M位的区间宽度信号section[i](图7的701中的处理C)。

最后，将输入数字图像信号data_in[i]扩展L×M-P位以具有与比较信号boundary[i]的位深度相同的位深度。

提取输入数字图像信号data_in[i]的高L×M-P位，将其连接到输入数字图像信号data_in[i]的LSB，从而产生信号ex_data[i](图7的701中的处理D)。

图7的702示出在各处理中代入实际数值的例子。当参考值的数量为23(2的三次幂)时，提取输入数字图像信号data_in[i]的高三位。在这种情况下，必须重复四次连接以超过输入数字图像信号data_in[i]的10位的位深度。即，当提取的高3位为“011”时，将这些位连接四次得到的信号为“011 011 011 011”，将其用作比较信号boundary[i]。

将表示“1”的3位的值“001”类似地重复连接四次产生“001001 001 001”，将其用作区间宽度信号section[i]。

输入数字图像信号data_in[i]的位深度比比较信号boundary[i]的位深度小2位。为了补偿这些位，将输入数字图像信号data_in[i]的高2位的值“01”连接到其LSB侧以产生12位的扩展输入数字图像信号ex_data[i]。

下面使用图8说明“分类”处理(步骤S303)的第二详细处理内容。应当指出，图9的附图标记“a”和“b”是用于说明“分类”处理(步骤S303)的处理的视图。在计算色空间的整数坐标intg_coord[i]和小数坐标frac_coord[i]时，使用在“准备”处理(步骤S302)中计算的重复信号rpb[i]、比较信号boundary[i]、区间宽度信号section[i]和扩展输入数字图像信号ex_data[i]。

图9的附图标记“a”和“b”中的每一个示出三个量化值“ rpb[i]-1”、“rpb[i]”和“rpb[i]+1”，在这些量化值之间夹有两个区间。与图6的附图标记“a”和“b”相同，对应于这些量化值的边界值为比较信号boundary[i]、boundary_m[i]和boundary_p[i]。

如果扩展输入数字图像信号ex_data[i]等于或者大于boundary[i](在步骤S801→步骤S802中的“否”的情况下)，则该流程前进到步骤S804。其结果是，如图9的附图标记“a”所示，色空间的整数坐标intg_coord[i]为rpb[i]。从扩展输入数字图像信号ex_data[i]中减去比较信号boundary[i]所得到的值(图8中的“tmp”)用作色空间的小数坐标frac_coord[i]。

相反，如果扩展输入数字图像信号ex_data[i]小于boundary[i](在步骤S801→步骤S802中的“是”的情况下)，则该流程前进到步骤S803。其结果是，如图9的附图标记“b”所示，色空间的整数坐标intg_coord[i]为“rpb[i]-1”的值。这时，可以通过从区间宽度section[i]中减去从扩展输入数字图像信号ex_data[i]中减去boundary[i]所得到的值(图8中的“tmp”)的绝对值来计算色空间的小数坐标frac_coord[i]。

这时，由于比较信号boundary[i]是M位的整数倍，因此最大色调2^M×L-1总是能被区间数2^M-1除尽，区间宽度section[i]为独立于区间的相同的值，即，由值M确定的固定值。因此，与图4所示的处理不同，可以避免需要计算“rpb[i]-1”和“rpb[i]+1”的边界值(boundary_m[i]和boundary_p[i])。

从上述说明可以看出，根据采用本实施例的处理的多维插值设备，在计算色空间的整数坐标intg_coord和小数坐标frac_coord时，不需要使用除法器和余数计算器。最大色调2^M×L-1总是能被区间数2^M-1除尽，不会产生像图15中的阴影区间那样的具有与其他区间不同的区间宽度S的区间。

同样在该处理中，在“校正”处理(步骤S304)中，小数坐标frac_coord[i]除以区间宽度section[i]，可以基于商来计算为加权系数(插值系数)g。然而，由于区间宽度section[i]为固定值，因此除法可以进行近似。

下面说明近似情况下的“校正”处理(步骤S304)。

图10的附图标记“a”示出三维插值计算中的长方体。当输入数字图像信号R、G和B在其轴上各自具有2^MR、2^MG和2^MB个点的参考值时，参考值的总数为2^(MR+MG+MB)。

这时，图13的附图标记“a”所示的单位立体当MR＝MG＝MB时变成立方体，但是当不满足MR＝MG＝MB时，其变成长方体。在以下说明中，由i表示R、G和B的标识。为了正确地进行插值计算，小数坐标frac_coord[i]必须除以区间宽度section[i]以使每一个轴的小数坐标frac_coord[i]归一化为值g[i]，如图10的附图标记“b”所示。

由于最大色调基于在“准备”处理(步骤S302)中计算的比较信号的位深度bw[i]为2^bw[i]-1，因此区间宽度section[i]变为(2^bw[i]-1)/(2^Mi-1)。如以下方程所述，在方程中将(2^bw[i]-1)/(2^Mi-1)代入方程的g[i]，并进行展开。当由以下方程说明可以通过移位运算和减法来计算的FTMP时，g[i]计算如下。

bw[i]＝Mi×Li

$\sec \mathrm{tion}\left[i\right]=\frac{2^{\mathrm{bw}\left[i\right]}-1}{2^{\mathrm{Mi}}-1}$

FTMP[i]＝(frc_coord[i]＜＜Mi)-frac_coord[i]

$g\left[i\right]=\frac{\mathrm{frac}\_\mathrm{coord}\left[i\right]}{\sec \mathrm{tion}\left[i\right]}$

$=\mathrm{frac}\_\mathrm{coord}\left[i\right]\&times;\frac{(1<<\mathrm{Mi})-1}{(1<<\mathrm{bw}[i\left]\right)-1}$

$=\frac{\mathrm{FTMP}\left[i\right]}{(1<<\mathrm{bw}[i\left]\right)-1}$

其中“frac_coord[i]＜＜Mi”表示对frac_coord[i]进行向左移位Mi位的运算。

由于对于各轴比较信号的位深度bw[i]不相同，因此如果他们不统一，则不能进行归一化。因此，将等于或者大于最大bw[i]的数值W定义为用于归一化的位深度，并将各轴的加权系数(插值系数)g变换为W位的精度。其结果是，将插值计算的内部计算精度指定为W位。

如果bw[i]足够大，则如以下方程所示，可以实现近似，仅通过移位运算、加法和减法就能实现归一化计算。

$g\left[i\right]=\frac{\mathrm{FTMP}\left[i\right]}{(1<<\mathrm{bw}[i\left]\right)-1}$

$=\frac{\mathrm{FTMP}\left[i\right]}{1<<W}\&times;\frac{1<<W}{(1<<\mathrm{bw}[i\left]\right)-1}$

$=\frac{\mathrm{FTMP}\left[i\right]}{1<<W}\&times;\frac{(1<<W)+1}{(1<<\mathrm{bw}[i\left]\right)-1+1}$

$=\left[\mathrm{FTMP}\right[i]\&times;\{\frac{1<<W}{1<<\mathrm{bw}\left[i\right]}+\frac{1}{1<<\mathrm{bw}\left[i\right]}\left\}\right]>>W$

$=\left[\mathrm{FTMP}\right[i]<<(W-\mathrm{bw}[i\left]\right)+\mathrm{FTMP}[i]>>\mathrm{bw}[i\left]\right]>>W$

$(W\&GreaterEqual;\mathrm{bw}[i\left]\right)$

应当指出，在图12中的插值计算单元1230中的插值计算(例如方程(1))的最后进行上述方程所述的W位的右移位运算处理，从而保证计算精度。因为该原因，本实施例的“校正”处理(步骤S304)的计算内容由下式说明：

g[i]＝FTMP[i]＜＜(W-bw[i])+FTMP[i]＞＞bw[i]

(W≥bw[i])

图11示出有关本实施例的数据分割单元210和加权系数计算单元240的硬件实现的电路例子。

在本实施例中，可以通过近似来对任意的P位输入色调和任意的M进行多维插值计算，而不使用任何除法器。

如上所述，根据本实施例，在N维插值计算中参考值RD的总数变为(2M)N，可以使用存储器有效率地进行LUT的硬件实现。可以通过简单的移位运算、加法和减法来计算色空间的整数坐标intg_coord和小数坐标frac_coord，而不使用任何除法器或者余数计算器。

此外，可以将任意的P位输入色调和任意的M扩展至N维。以这种方式，根据本实施例，可以提供即使对形成LUT的存储装置和用于插值计算的计算装置也能保证小的电路规模的多维插值设备。

根据本实施例的多维插值设备将任意的P位输入色调和任意的M的全部边界值预先存储在例如寄存器等的存储装置中。因为该原因，可以计算整数坐标intg_coord而不将输入数字图像信号与全部边界值进行比较。此外，由于将输入数字图像信号扩展至与M的倍数相对应的位深度，因此可以通过将输入数字图像信号不变地量化为均匀的2M-1个区间来计算整数坐标intg_coord。

其他实施例

应当指出，本发明可以应用于要在显示器的显示画面上的矩形区域A-B(阴影区域)上显示具有2的幂的大小的纹理图像的情况。下面使用图16来说明本实施例。通常，在图形系统中，绘制器(renderer)LSI(绘制硬件)从CPU接收点A和B的坐标作为矩形区域A-B(阴影区域)的顶点，并通过光栅化产生形成矩形区域A-B的像素。接下来，从存储器参考对应于产生的像素的纹理图像以确定要在显示器的显示画面上显示的颜色值，从而将该图像绘制在显示画面上。

使用本发明，可以从存储器上的纹理图像容易地读出要参考的颜色值。首先，如下计算对2P-1的比值Δx和Δy，其中Δx和Δy由P位的值表示：

Δx＝(Xk-X0)/(X1-X0)×(2P-1)

Δy＝(Yk-Y0)/(Y1-Y0)×(2P-1)

如图4所示，提取该数字信号Δx(Δy)的高M位，将提取的M位重复连接直至达到P位，从而产生P位的比较信号。然后，如图5所示，将数字信号Δx(Δy)与比较信号进行比较。当数字信号Δx(Δy)等于或者大于比较信号时，将提取的M位所表示的值用作归一化值。当数字信号Δx(Δy)小于比较信号时，将从提取的M位所表示的值中减去1所得到的值用作归一化值。

可选择地，如图7所示，提取该数字信号Δx(Δy)的高M位，将提取的M位重复连接L次(L为整数)直至超过P位，从而产生M×L位的比较信号。此外，提取数字信号Δx(Δy)的高M×L-P位，连接到数字信号Δx(Δy)的LSB侧，从而将数字信号Δx(Δy)扩展到M×L位。然后，如图8所示，将扩展后的数字信号Δx(Δy)与比较信号进行比较。当扩展后的数字信号Δx(Δy)等于或者大于比较信号时，将提取的M位所表示的值用作归一化值。当扩展后的数字信号Δx(Δy)小于比较信号时，将从提取的M位所表示的值中减去1所得到的值用作归一化值。

在上述处理中计算的归一化值代表表示要从纹理图像参考的颜色值(纹理像素值)的纹理坐标，仅需要根据归一化值读出存储器中的纹理图像，并将其绘制在显示器的显示画面上。

如上所述，不仅在色空间变换中，而且为了计算用于参考存储器上具有2的幂的大小的纹理图像的归一化纹理坐标，都可以使用本发明的归一化方法。即，根据本发明，当在存储器上存储的数据项的数量为2的幂时，可以对输入数字信号进行归一化以变换为要从存储器参考的归一化项数，可以参考根据输入数字信号的数据。

应当指出，还可以通过向系统或者设备提供记录有可以实现上述实施例的功能的软件程序的程序代码的存储介质来实现本发明的目的。在这种情况下，当系统或者设备的计算机(或者CPU或者MPU)读出并执行在存储介质中存储的程序代码时实现上述实施例的功能。应当指出，在这种情况下，存储有程序代码的存储介质构成本发明。

作为用于提供程序代码的存储介质，可以使用例如硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、CD-R、非易失性存储卡、ROM等。

本发明不限于当计算机执行读出的程序代码时实现上述实施例的功能的情况。例如，本发明还包括如下情况：在计算机上运行的OS(操纵系统，operating system)按照程序代码的指令执行部分或者全部实际处理操作来实现上述实施例的功能。

此外，本发明还包括如下情况：将从存储介质读出的程序代码写入插入或者连接到计算机的功能扩展板或者功能扩展单元的存储器之后，实现上述实施例的功能。即，本发明还包括如下情况：将程序代码写入存储器之后，功能扩展板或者功能扩展单元的C PU等执行部分或者全部实际处理操作来实现上述实施例的功能。

虽然参考典型实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，本发明不限于公开的典型实施例。所附权利要求的范围要与最宽的解释相一致以包含全部这样的变形、等同结构和功能。

Claims (16)

1. 一种归一化方法，用于将由二进制计数法表示的P位输入数字信号归一化为2^M-1个色调，其中0＜M≤P，所述归一化方法包括如下步骤：

重复连接所述输入数字信号的高M位直至达到P位；

将作为连接步骤的连接结果而得到的第一连接信号与所述输入数字信号进行比较；以及

根据比较步骤的比较结果，将所述高M位表示的值或者从所述高M位表示的值中减去1所得到的值确定为归一化值。

2. 根据权利要求1所述的归一化方法，其特征在于，还包括如下步骤：

通过重复连接所述归一化值直至达到P位来产生第二连接信号；以及

将从所述输入数字信号中减去所述第二连接信号而得到的值确定为多维插值计算的小数坐标。

3. 一种多维插值方法，其在多维插值设备中使用，通过将具有P位输入色调并由二进制计数法表示的输入数字图像信号量化为2^M-1个色调来进行色空间变换的多维插值计算，其中0＜M≤P，所述多维插值方法包括如下步骤：

重复连接所述输入数字图像信号的高M位直至达到P位；

将作为连接步骤的连接结果而得到的第一连接信号与所述输入数字图像信号进行比较；以及

根据比较步骤的比较结果，将所述高M位表示的值或者从所述高M位表示的值中减去1所得到的值确定为量化值。

4. 根据权利要求3所述的多维插值方法，其特征在于，还包括如下步骤：

通过重复连接所述量化值直至达到P位来产生第二连接信号；以及

将从所述输入数字图像信号中减去所述第二连接信号而得到的值确定为多维插值计算的小数坐标。

5. 一种归一化方法，用于将由二进制计数法表示的P位输入数字信号归一化为2^M-1个色调，其中0＜M≤P，所述归一化方法包括如下步骤：

重复L次连接所述输入数字信号的高M位直至等于或大于P位，其中L为整数；

将所述输入数字信号的高M×L-P位连接到所述输入数字信号的最低有效位；

比较两个连接步骤的连接结果；以及

根据比较步骤的比较结果，将所述高M位表示的值或者从所述高M位表示的值中减去1所得到的值确定为归一化值。

6. 根据权利要求5所述的归一化方法，其特征在于，还包括如下步骤：

根据比较步骤的比较结果，将两个连接步骤的连接结果之间的差、或者从将表示1的M位的值重复连接L次所产生的值中减去两个连接步骤的连接结果之间的差所得到的绝对值，确定为多维插值计算的小数坐标。

7. 一种多维插值方法，其在多维插值设备中使用，通过将具有P位输入色调并由二进制计数法表示的输入数字图像信号量化为2^M-1个色调来进行色空间变换的多维插值计算，其中0＜M≤P，所述多维插值方法包括如下步骤：

重复L次连接所述输入数字图像信号的高M位直至等于或大于P位，其中L为整数；

将所述输入数字图像信号的高M×L-P位连接到所述输入数字图像信号的最低有效位；

比较两个连接步骤的连接结果；以及

根据比较步骤的比较结果，将所述高M位表示的值或者从所述高M位表示的值中减去1所得到的值确定为量化值。

8. 根据权利要求7所述的多维插值方法，其特征在于，还包括如下步骤：

根据比较步骤的比较结果，将两个连接步骤的连接结果之间的差、或者从将表示1的M位的值重复连接L次所产生的值中减去两个连接步骤的连接结果之间的差所得到的绝对值，确定为多维插值计算的小数坐标。

9. 一种归一化设备，用于将由二进制计数法表示的P位输入数字信号归一化为2^M-1个色调，其中0＜M≤P，所述归一化设备包括：

连接单元，用于重复连接所述输入数字信号的高M位直至达到P位；

比较单元，用于将作为所述连接单元的连接结果而得到的第一连接信号与所述输入数字信号进行比较；以及

归一化值确定单元，用于根据所述比较单元的比较结果，将所述高M位表示的值或者从所述高M位表示的值中减去1所得到的值确定为归一化值。

10. 根据权利要求9所述的归一化设备，其特征在于，还包括：

产生单元，用于通过重复连接所述归一化值直至达到P位来产生第二连接信号；以及

小数坐标确定单元，用于将从所述输入数字信号中减去所述第二连接信号而得到的值确定为多维插值计算的小数坐标。

11. 一种多维插值设备，通过将具有P位输入色调并由二进制计数法表示的输入数字图像信号量化为2^M-1个色调来进行色空间变换的多维插值计算，其中0＜M≤P，所述多维插值设备包括：

连接单元，用于重复连接所述输入数字图像信号的高M位直至达到P位；

比较单元，用于将作为所述连接单元的连接结果而得到的第一连接信号与所述输入数字图像信号进行比较；以及

量化值确定单元，用于根据所述比较单元的比较结果，将所述高M位表示的值或者从所述高M位表示的值中减去1所得到的值确定为量化值。

12. 根据权利要求11所述的多维插值设备，其特征在于，还包括：

产生单元，用于通过重复连接所述量化值直至达到P位来产生第二连接信号；以及

小数坐标确定单元，用于将从所述输入数字图像信号中减去所述第二连接信号而得到的值确定为多维插值计算的小数坐标。

13. 一种归一化设备，用于将由二进制计数法表示的P位输入数字信号归一化为2^M-1个色调，其中0＜M≤P，所述归一化设备包括：

第一连接单元，用于重复L次连接所述输入数字信号的高M位直至等于或大于P位，其中L为整数；

第二连接单元，用于将所述输入数字信号的高M×L-P位连接到所述输入数字信号的最低有效位；

比较单元，用于比较所述第一连接单元和所述第二连接单元的连接结果；以及

归一化值确定单元，用于根据所述比较单元的比较结果，将所述高M位表示的值或者从所述高M位表示的值中减去1所得到的值确定为归一化值。

14. 根据权利要求13所述的归一化设备，其特征在于，还包括：

小数坐标确定单元，用于根据所述比较单元的比较结果，将两个连接单元的连接结果之间的差、或者从将表示1的M位的值重复连接L次所产生的值中减去两个连接单元的连接结果之间的差而得到的绝对值，确定为多维插值计算的小数坐标。

15. 一种多维插值设备，通过将具有P位输入色调并由二进制计数法表示的输入数字图像信号量化为2^M-1个色调来进行色空间变换的多维插值计算，其中0＜M≤P，所述多维插值设备包括：

第一连接单元，用于重复L次连接所述输入数字图像信号的高M位直至等于或大于P位，其中L为整数；

第二连接单元，用于将所述输入数字图像信号的高M×L-P位连接到所述输入数字图像信号的最低有效位；

比较单元，用于比较所述第一连接单元和所述第二连接单元的连接结果；以及

量化值确定单元，用于根据所述比较单元的比较结果，将所述高M位表示的值或者从所述高M位表示的值中减去1所得到的值确定为量化值。

16. 根据权利要求15所述的多维插值设备，其特征在于，还包括：

小数坐标确定单元，用于根据所述比较单元的比较结果，将两个连接单元的连接结果之间的差、或者从将表示1的M位的值重复连接L次所产生的值中减去两个连接单元的连接结果之间的差所得到的绝对值，确定为多维插值计算的小数坐标。

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