CN1074634C - 减少存储器使用量的查询表改进装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于取像系统查询表映射中减少存储器使用的装置，以及用于该装置的方法。该装置接收一数字式输入信号，用一二阶式映射程序取代传统只用一个查询表的方式来处理该输入信号，每个步骤并提供一连串的映射输出；一由逻辑门所组成的比较单元接着将该映射输出与原始输入信号做比较，并在比较结果中择其最佳以准备一最终输出；最后，依据该最佳选择决定一最终输出以作显示之用。

Description

减少存储器使用量的查询表改进装置和方法
本发明涉及取像系统，特别是在扫描系统的查询表映射装置里，改进其存储器运用方式使其更有效率；再者，在不失系统的正确性的前提下使其运用于即时扫描系统之中。
时至今日，取像系统的应用有越来越广的趋势，诸如照相机和扫描器等等皆为其应用实例。随着计算机及其相关科技的日新月异，人们的欲望也越来越难以满足。近几年来，计算机中之世界与真实情境的差异正快速地消失，部分情形可由取像系统所产生的图像已由二元经灰阶至彩色而观察出，尽管人们无法深刻地察觉到这每天都在进行的改变。
虽然取像系统必须在取像时有较高正确性与清晰度的需求，伴随而生的是更多的数学运算以处理这些多出来的图像信息。在扫描器上有许多重要的任务需完成，诸如图像处理、加玛-校正(γ-correction)、以及高亮度投影(high-lightshadow)等，要扫描器仅仅运用硬件在短时间中来完成这么多任务似乎是不太可能的事，即使该扫描器拥有超强的奔腾(Pentium)系列中央处理器也一样，更别提能像即时系统般的工作了。目前有许多方法用以克服这些困难，其中一个相当知名的方法是使用查询表，该方法早已为熟知此艺的人所熟知。在查询表中存放的是事先定好，根据某映射曲线而来映射信息(通常选用的是单调曲线(monotonecurve))；该查询表的行为就像个存储器，每当接收一地址时即输出一对应信息。熟知此艺的人皆知，该方法具有相当之弹性、快速、而且容易用即时方式完成，然而该方法的缺点却甚少为人们所虑及，其中之一为当输入信号拥有较以往为多的位数之时，查询表的大小将会以极惊人的方式增加。
由于人类的视觉对极微细的色彩差异不太敏感，扫描系统中输出信号的位数也极少超过10位；典型地，包含8位的输出信号用以显示就已足够了。在我们增加输入信号所包含的位数的同时也使查询表增加了一大堆多余的映射项。图1简单地描述此一情形：输入信号的格式为每像素16位，而输出信号的格式则为每像素8位。显而易见，平均大约256个输入信号会映射至同一个映射项中，亦即在查询表中平均约256个映射项是多余的。再者，若我们运用传统只用一个查询表的方式之下，至少需要216×8(64K字节)的存储器来储存查询表的映射信息。很明显，在目前极难找到一个特殊功能集成电路(ASIC)拥有如此庞大的存储器储存量(尽管未来可能不再是个问题)；本发明即是针对上述之缺点提出改进。
本发明的主要目的在于提供一取像系统在运用查询表映射时，能有效降低存储器使用的装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供一种查询表改进装置，该查询表改进装置可在取像系统运用查询表映射时有效减少存储器使用量。该查询表改进装置包含：
罩遮装置，用以接收一输入信号，并将该输入信号罩遮以输出该输入信号的一部分；
第一映射装置，用以接收上述部分输入信号，并将该部分输入信号以映射方式产生一第一级映射信息；
第二映射装置，用以接收上述第一级映射信息，并将该第一级映射信息以映射方式产生一第二级映射信息；
比较装置，用以接收上述第二级映射信息，并将该第二级映射信息和上述输入信号作比较以产生一最终输出；以及
控制装置，用以产生控制信号至上述第一映射装置和上述第二映射装置以控制映射动作，并产生控制信号至上述比较装置以控制比较动作和产生上述最终输出。
根据本发明的另一方面，提供一种在查询表装置中运用一二阶式映射程序以减少存储器使用的方法，所述方法包含下列步骤：
接收一输入信号；
输出该输入信号之部分信息；
依据该输入信号之部分信息产生多个第一级映射信息；
依据该第一级映射信息产生多个第二级映射信息；
计算上述每个第二级映射信息与上述输入信号之间的差值；
计算上述差值的绝对值使其成为距离；
在上述距离中找出最小距离；及
输出上述第一级映射信息中引起该最小距离的第一级映射信息成为最终输出。
以上所述，本发明提供了一种二阶式映射方法并伴随着两个查询表：一第一查询表，储存事先定好、根据某单调曲线而来的映射信息，以及一第二查询表，储存事先定好、根据上述用于第一查询表的单调曲线之反函数而来的映射信息；接下来，借助逻辑门的运行来完成一连串的比较程序；最后提供一最后输出用作显示之用。
在操作方法上，一输入信号先被罩遮以留下该信号之一部分，该留下之部分信号被认为是第一查询表的地址以映射出一连串的第一级映射输出；同样的，该第一步映射输出又被认为是第二查询表的地址以映射出一连串的第二级映射输出；接下来的比较程序中，计算出每个第二级映射输出与原始输入信号的距离后，再于这些距离中找出最小值；当获取最小距离之后，提供上述的第一级映射输出中，使得其第二级映射输出拥有最小距离的第一级映射输出成为最终输出。
由于传统的查询表映射在输入信号包含较多的位数之时较无效率，不但需要更多的存储器储存映射信息，更别提这些额外的存储需求是用来储存多余映射项了，因而亟需一个具有较高效率的方法。本发明提供一二阶式映射装置来解决上述之缺点，而且只需要增加一些逻辑门即能完成。
以下将结合附图和较佳实施例对本发明的装置与方法作进一步的详细描述。
图1表示使用传统方式，但输入信号包括较以往为多的位数时的情形；
图2是表示本发明较佳实施例的方块图；
图3表示一用于第一级映射的查询表；
图4表示一用于第二级映射的查询表；
图5表示较佳实施例中比较单元的结构方块图；
图6表示比较单元中距离提供单元的运行；
图7表示比较单元中最终输出提供单元的运行。
图2显示的是根据本发明所改进之查询表映射装置200。该装置200包含一罩遮201，用以接收一16位之输入信号Si16并罩遮该输入信号以获取其上半部字节(高字节)X8之信息，以下所有之下标皆表示一信号中所包含的位数；一第一查询表202，用以储存事先定好、根据某单调曲线而来的映射信息，该第一查询表202接收输入信号Si16的上半部字节X8并提供一连串的第一级映射输出 Y8；一第二查询表203，储存事先定好、根据上述用于第一查询表的单调曲线之反函数而来的映射信息，该第二查询表203接收上述之第一级映射输出 Y8并提供一连串的第二级映射输出 X16；一比较单元204，由逻辑门所组成，用以接收上述之原始输入信号Si16、第一级输出映射 Y8、和第二级映射输出 X16并藉该映射输出以提供一最终输出So8作显示之用；一控制单元205，用以产生控制信号提供至第一查询表202和第二查询表203以控制映射动作，以及产生控制信号提供至比较单元204用以控制连续之比较动作以输出一最终输出So8用作显示。以下，每当一信号在其顶端加上顶线时意味该信号包含一连串的信息。
每当一输入信号Si16到达时，罩遮201将该输入信号Si16的下半部字节删除，并将该输入信号Si16的上半部字节X8送至第一查询表202；该第一查询表202接收X8，并将X8当成地址用以映射出一连串之第一级映射输出，在图2中使用 Y8简单地表示该第一级映射输出。该 Y8的信息包含三部分：Y8表示X8的8位映射输出；Y8 +表示Y8在第一查询表202中，相连的下一个8位的输出值；Y8 -则表示Y8在第一查询表202中，相连的上一个8位的输出值，譬如：若Y8等于100,则Y8 +为101,Y8 -则为99。图3描述Y8 -、Y8和Y8 +之间的相互关系。换言之，一个第一查询表202的地址将引发3个第一级映射输出。欲完成此一步骤，上述控制单元205每当在上述第一查询表202收到一地址X8之时，必须对该第一查询表202提供3次的读取信号以读出Y8 -、Y8和Y8 +。
接下来看图4，显然， Y8(包含Y8 -、Y8和Y8 +)被认为是第二查询表203的地址用以映射出一连串的16位输出 X16(包含X16 -、X16和X16 +)；亦即X16 -、X16和X16 +分别为Y8 -、Y8和Y8 +的映射输出。应再注意的是，该第二查询表203所运用的单调曲线必须是上述用于第一查询表203的单调曲线之反函数。这就是为什么在查询表中必须使用单调曲线的限制所在。此外，X16 -、X16和X16 +之间就不像Y8 -、Y8和Y8 +一般，有着相连续的关系。控制单元205能轻易地控制这些映射动作，因为只要根据传统存储映射的步骤即能完成。所有的第二级映射输出 X16接着被依序送往比较单元204作更进一步的处理。
图5对比较单元205的结构作一更详尽的描述。明显的，该比较单元205包含下列元件：一距离提供单元501用以接收原始输入信号Si16和第二级映射输出X16，以及计算每个第二级映射输出和原始输入信号Si16之间的距离，此处所谓的距离定义为一第二级映射输出 X16与原始输入信号Si16之间差值的绝对值，一连串的距离值 D被送出；一最小值提供单元502用来接收该一连串之距离值 D，然后在该距离值 D之间找出最小距离m，并将该最小距离m送出；以及一最终输出提供单元503用以接收最小距离m和第一级映射输出 Y8，并依据该最小距离m提供一最终输出So8。
操作上，X16 -、X16和X16 +在距离提供单元501中被分别计算与原始输入信号Si16之间的距离，将这些距离值取名为D-、D和D+，在图5中使用一符号 D以简单地表示该三个距离值D-、D和D+。图6描述上述之距离提供单元501的操作，例如：将X16 -和Si16之间差值的绝对值定义为D-，也就是｜X16 --Si16｜=D-，该距离值接着被送至最小值提供单元502藉以找出最小距离m，该最小距离m亦被送往最终输出提供单元503。最终输出提供单元503亦需要第一级映射输出 Y8用以决定最终输出So8。
当找出最小距离m之后，最终输出So8也随之固定为一第一级输出，而且该第一级映射输出的第二级映射输出拥有最小距离。图7描述该最终输出提供单元503的运行方式，例如：若最小距离为D，则Y8将成为最终输出So8，因为Y8使其第二级映射输出X16拥有最小距离值。
不论如何，传统的电路设计即能轻易地完成该比较单元204所负责的工作；诸如两数之相减、以及利用一数之符号位以求取该数之绝对值等等，皆有现成的逻辑元件来完成。
在此必须提醒的一件事为第一查询表202需要提供一连串之第一级映射输出Y8基于仅使用原始输入信号Si16的上半部字节X8而已。若只用一个第一级映射输出，假设该第一级映射输出为Y8，则Y8的映射输出X8应是个不适当之输出；不仅因为只运用输入信号的上半部会引起较大的映射偏差，而且在计算过程中不可避免的截去或四舍五入皆会在映射值中造成某种程度的误差。一个比较合理的解决方式为输出一些和Y8相关且在该Y8附近的第一级映射输出 Y8，再将该第一级映射输出当作是一第二查询表的地址作反函数映射以获得一连串的第二级映射输出 X16，该 X16再和原始输入信号Si16作比较以找出最接近的映射，则在 Y8中引起最接近映射的第一级映射输出，会比不做任何比较程序而直接输出Y8来得好。
在详述本发明的方法之后，利用下表在传统技术与本发明之新方案间作存储器使用的比较：
    传统技术(位)     新方案(位)
m=9,n=8 512×8=4096 256×9+256×8=4352
m=10,n=8 1024×8=8192 256×10+256×8=4608
m=12,n=8 4096×8=32768 256×12+256×8=5120
m=16,n=8 64×1024×8=524288 256×16+256×8=6144
m=16,n=12 64×1024×12=786432 256×16+4096×12=114688
表中的m表示一输入信号中所包含的位数，n则表示一输出信号所包含的位数。因为人眼对细微的色彩差异不甚敏感，一输出信号所包含的位数很少超过10位，典型的数值为8位。
如上表所述，当一输入信号所包含的位数和一输出信号所包含的位数几乎相等时(例如(m-n)≤1)，则该新方案变得不适用，因为该新方案所使用的存储器将比传统技术还多；上表中第一列的信息已清楚透露：当一输入信号包含9位而一输出信号包含8位之时，传统技术只需4096位的存储器，但该新方案却需要4352位。事实上，不仅存储器的应用较传统技术为差，而且需要更多的硬件操作。
和上表第一列相对之下，剩余列的信息又透露出另一事实：该新方案在输入信号所包含的位数比输出信号包含的位数大得多时为一相当有效的方案；典型地，m和n的差值最少是2(亦即(m-n)≥2)。例如：上表第四列中指出，一输入信号包含16位而一输出信号只包含8位，传统技术需要一数量庞大的存储器，524,288(512K)位！但同时，本发明之新方案却只需要6144(6K)位的存储器。这就证明了该新方案较传统技术有更高的效率，特别是在输入和输出信号所包含的位数的差值极大于2之时。
然而，m(输入信号位数)和n(输出信号位数)之间的差值越大，人们能获得越高的存储器使用效率；此点可由上表第二列至第四列所述信息获得证明。很明显，上表第三列所描述之运用存储器的情形即比上表第二列所描述之情形有效率的多(因为在第三列之情形我们节省了32768-5120=27648位，但在第二列之情形只节省了8192-4608=3584个位)，同样的情形也发生在上表第四列和第二列的情形之中，除了节省较多的存储位之外(在第四列之情形我们节省了524288-6144=518144位，但在第二列之情形只节省了3584个位)。
以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，本领域的熟练人员皆明白有许多的修饰能替代之：譬如：最小值提供单元和最终输出单元可被结合在一起以接收上述之第一级映射输出和提供一最终输出；最小距离亦能用其他的符号代替只要能清楚地指出引起该最小距离之第一级映射输出即可。凡未脱离本发明所揭示之精神下对较佳实施例所完成的等效改变或修改，均属于本申请的范围内。

Claims (11)

1．一种查询表改进装置，该查询表改进装置可在取像系统运用查询表映射时，有效减少存储器使用量，其特征在于，该查询表改进装置包含：
罩遮装置，用以接收一输入信号，并将该输入信号罩遮以输出该输入信号的一部分；
第一映射装置，用以接收上述部分输入信号，并将该部分输入信号以映射方式产生一第一级映射信息；
第二映射装置，用以接收上述第一级映射信息，并将该第一级映射信息以映射方式产生一第二级映射信息；
比较装置，用以接收上述第二级映射信息，并将该第二级映射信息和上述输入信号作比较以产生一最终输出；以及
控制装置，用以产生控制信号至上述第一映射装置和上述第二映射装置以控制映射动作，并产生控制信号至上述比较装置以控制比较动作和产生上述最终输出。
2．如权利要求1所述的查询表改进装置，其特征在于上述第一级映射信息包含多个和上述输入信号相关的第一级映射输出。
3．如权利要求1所述的查询表改进装置，其特征在于上述第二级映射信息包含多个和上述第一级映射信息相关的第二级映射输出。
4．如权利要求1所述的查询表改进装置，其特征在于上述比较装置包含：
距离提供装置，用以计算上述每个第二级映射信息与上述输入信号之间的差值，以及输出该差值之绝对值称之为距离；
最小值提供装置，用以输出一最小距离以指出上述第一级映射信息中引起该最小距离之一第一级映射输出；及
最终输出提供装置，依据上述最小距离产生一最终输出。
5．如权利要求1所述的查询表改进装置，其特征在于上述输入信号的一部分为该输入信号的上半部字节。
6．一种在查询表装置中运用一二阶式映射程序以减少存储器使用的方法，所述方法包括接收一输入信号，其特征在于所述方法还包含下列步骤：
输出该输入信号之部分信息；
依据该输入信号之部分信息产生多个第一级映射信息；
依据该第一级映射信息产生多个第二级映射信息；
计算上述每个第二级映射信息与上述输入信号之间的差值；
计算上述差值的绝对值使其成为距离；
在上述距离中找出最小距离；及
输出上述第一级映射信息中引起该最小距离的第一级映射信息成为最终输出。
7．如权利要求6所述的方法，其特征在于上述输入信号的部分信息为该输入信号的上半部字节。
8．如权利要求6所述的方法，其特征在于上述输入信号与上述第一级映射信息之间的关系为单调式变化。
9．如权利要求6所述的方法，其特征在于上述第一级映射信息与上述第二级映射信息之间的关系为单调式变化。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于上述在第一级映射信息与上述第二级映射信息之间的单调式变化关系为上述输入信号与上述第一级映射信息之间单调式变化关系的反函数。
11．如权利要求6所述的方法，其特征在于上述第一级映射信息还包含上述输入信号之部分信息直接映射的第一级映射输出、与该直接映射的第一级映射输出相连的下一个映射输出、以及与该直接映射的第一级映射输出相连的上一个映射输出。
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