CN1245315A - 数据转换装置和方法 - Google Patents

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Abstract

在适用于通过数字计算实现的数据转换的四面内插中,当单位直角六面体不是正六面体时,由于需要复杂的乘法,计算量显示增加。为了避免这一点,在设置格栅间隔之后(S1),准备用于获得对于正规化格点的输入值的位置的X-u',Y-v',和Z-w'表(S2-S4)。然后,输入图象数据(S5),并使用准备的表获得对应于输入的图象数据的u'、v'、w'。确定u'、v'、w'之间的关系(S7),并使用对应于预定结果的方程式计算数据被转换了的图象数据(S8)。

Description

数据转换装置和方法
本发明涉及数据转换装置及其方法,并特别涉及适用于数字算术运算的数据转换方法,及使用该方法的数据转换装置。
由计算机等进行数字化处理的图象数据量每年都有增加。而且,对形成彩色图象的质量要求在逐年增高。为了形成高质量的彩色图象,彩色转换是不可避免的,并除了高精度和实现灵活的转换特性之外还要求高速处理。
由于彩色信息一般形成三维空间,故彩色转换决定了从一给定的彩色空间到另一彩色空间的彩色信息的对应关系。有许多可用的获得这种转换的方案。在这些方案中,普遍使用组合查表(LUT)和内插的彩色转换(日本专利公开No.53-123201和8-237497)。而且,组合查表和内插的彩色转换包括各种方案。在考虑所要求的数据量、计算量、单位直角六面体中输出的连续性、灰度线内插特性等等,在日本专利公开No.53-123201中透露的四面内插法是最适合的。
然而,日本专利公开No.53-123201中透露的四面内插法只有在单位直角六面体为正六面体时才能够被直接应用。在通过数字计算处理装置实现彩色转换时,在转换处理装置的实现中不能忽略单位直角六面体限制为正六面体。
这一限制将在以下详细说明。在进行数字处理的转换处理装置中,为了把所有的单位直角六面体转换为正六面体,格栅的间隔受到限制,并且转换精度和数据量(格栅点的数目)不能被优化。例如,如果输入数据为8位数据(0到255),则格栅间隔必须以85(格点数=4)、51(6)、17(16)、15(18)、5(32)、和3(86)处之一设置,以便把所有单位直角六面体转换为正六面体。
另一方面,由于彩色空间在整个的区域中不是均匀的,故改进特有的区域的转换精度以便有意设置这样的区域的小格栅间隔是有效的。例如,在从RGB到CMYK的转换中,从消底色(UCR)处理引起的格栅之间的灰度水平的降落常在暗色区域中出现,即(R,G,B)≈(0,0,0)。然而,通过设置区域的小的格栅间隔能够有效解决这一问题。日本专利公开No.7-131668,10-70669等透露了用于通过设置小的格栅间隔改进特定彩色区域的转换精度的方案。然而,在这些对比文献中描述的方案需要区域鉴别过程用来按输入的彩色信息的区域改变过程,并就处理速度和电路规模来说劣于在以上日本专利公开No.53-123201中透露的技术。
本发明的目的是要提供一种适合于数字计算处理的数据转换方法,及使用该方法的数据转换装置。
为了实现以上目的,本发明的优选实施例透露了包括以下步骤的一种数据处理方法:输出表示从输入值到查表的格点的距离的值,并使用查表由充分大的值正规化;以及通过内插由查表获得的值执行输入值的数据转换。
本发明的另一目的是要提供在数据转换中使用的记录媒体。
为了实现以上目的,本发明的优选实施例透露了记录有在数据转换过程中使用的数据的计算机可读媒体,该数据包括:表数据,用于输出表示从查表的格点到输入值的距离的值,并由相对于输入值充分大的值正规化;以及表示计算的数据,该计算用于通过使用由表数据获得的值内插由查表获得的值执行输入数据的转换。
本发明的另一目的是要提供一种图象处理装置以及使用该数据转换的方法。
为了实现以上的目的,本发明的优选实施例透露了包含以下步骤的图象处理方法:基于输入数据选择多个格点;获得表示选择的格点和输入数据之间的距离的值,并由一预定值正规化;以及基于获得的值和多个格点的数据执行内插。
从以下结合附图所作的说明,本发明的其它特点和优点将显而易见,其中所有图中相同的标号标记相同的或类似的部件。
图1表示整个的二维LUT;
图2表示从图1所示的二维LUT抽取的给定的单位矩形;
图3是表示在一维情形下线性内插原理的图示;
图4是用于描述X-u’表的内容的图示;
图5是用于解释x和到格栅的距离之间的关系的图示;
图6表示三维LUT的整个图象;
图7表示作为图6中所示的三维LUT的一部分的单位直角六面体;
图8是表示以往的装置的结构的框图;
图9是表示转换过程的流程图。
以下参照附图将详细说明根据本发明的数据转换装置和方法的优选实施例。
[四面内插法中的问题]
为了搞清当通过数字计算处理装置实现日本专利公开No.53-123201中透露的内插(四面内插),并用于其中格栅间隔在所有维上不完全相等的LUT时所遇到的问题,将取二维内插为例给出以下的说明。作为用于以下所要描述的内插的方案,产生日本专利公开No.53-123201中透露的在三维空间中四面内插,并适配于二维空间,并在三维空间的四面内插中以下例子中的问题变得更为明显。注意,就二维空间进行说明是为了简化图示,并使得图示易于理解。
图1示出整个二维的LUT,而图2示出从二维LUT抽取的给定的单位矩形。注意,三维四面内插中的单位直角六面体在二维空间中变为单位矩形。
二维空间中的内插是通过校验三角形P00-P10-P11和P00-P01-P11中哪一个包含输入点,并把包含输入点的三角形的顶点处的值(格栅值)乘以权重进行的。假设P00=P(X0,Y0),P10=P(X1,Y0),P01=P(X0,Y1),P11=P(X1,Y1)(X1-X0≠Y1-Y0),以下将说明用于对满足X0≤X≤X1和Y0≤Y≤Y1输入点(X,Y)计算输出点P的过程。
如果u和v由 u = ( X - X 0 ) ( X 1 - X 0 ) . . . ( 1 a ) v = ( Y - Y 0 ) ( Y 1 - Y 0 ) . . . ( 1 b )
定义,通过比较u和v确定哪一个三角形包含输入点(X,Y),并且内插中使用的格栅值不同。
情形1:如果u>v,则输入点(X,Y)包含在三角形P00-P10-P11中。于是输出P由 P = ( X 1 - X ) ( Y 1 - Y 0 ) P 00 + { ( X - X 0 ) ( Y 1 - Y 0 ) - ( X 1 - X 0 ) ( Y - Y 0 ) } P 10 + ( X 1 - X 0 ) ( Y - Y 0 ) P 11 ( X 1 - X 0 ) ( Y 1 - Y 0 ) . . . ( 2 a )
给出。
情形2:如果v>u,则输入点(X,Y)包含在三角形P00-P01-P11中。于是输出P由 P = ( X 1 - X 0 ) ( Y 1 - Y ) P 00 + { ( X 1 - X 0 ) ( Y - Y 0 ) - ( X - X 0 ) ( Y 1 - Y 0 ) } P 01 + ( X - X 0 ) ( Y 1 - Y 0 ) P 11 ( X 1 - X 0 ) ( Y 1 - Y 0 ) . . . ( 2 b )
给出。
情形3:如果v=u,则输入点(X,Y)包含在线段P00-P11中。于是输出P由 P = ( X 1 - X ) P 00 + ( X - X 0 ) P 11 X 1 - X 0 . . . ( 2 c )
给出。由于当v=u时等式(2c)等于等式(2a)或(2b),故情形3能够包含在情形1或2中。如果(X1-X0=Y1-Y0),即如果单位矩形为正方形,则等式(2a)和(2b)大大简化为 P = ( X 1 - X ) P 00 + { ( X - X 0 ) - ( Y - Y 0 ) } P 10 + ( Y - Y 0 ) P 11 X 1 - X 0 . . . ( 2 a ′ ) P = ( Y 1 - Y ) P 00 + { ( Y - Y 0 ) - ( X - X 0 ) } P 10 + ( ( X - X 0 ) P 11 X 1 - X 0 . . . ( 2 b ′ )
这样在二维空间四面内插中当单位矩形为正方形时,输出P的计算不需要象(X1-X0)(Y1-Y0)这样的乘法,故计算量可大大降低。类似地,即使三维空间中的四面内插,如果单位直角六面体是正六面体,则在计算输出P时的计算量也可降低。然而,如果单位矩形六面体不是正六面体,则一个输出P的计算要求象(X1-X0)(Y1-Y0)(Z1-Z0)这样的乘法。因而计算量显著增加,并需要能够获得高速处理并具有大规模电路的装置。
当然,如果在数字处理中进行浮点计算,等式(2a)重写为:
P=(1-XX)P00+(XX-YY)P10+YY×P11              (2a”)
对于
XX是由XX=(X-X0)/(X1-X0)(0≤XX≤1)给出的实数        (3a)
YY是由YY=(Y-Y0)/(Y1-Y0)(0≤YY≤1)给出的实数        (3b)
因而即使当X1-X0≠Y1-Y0时,等式(2a)也能简化为等式(2a’)。
然而浮点计算比整数计算要求较长的处理时间及大的电路规模。因此,等式(2a”)的浮点计算与等式(2a)的整数计算比较常常要增加处理时间和电路规模,故以简单的电路不能实现高速内插。
[线性内插]
以下以本实施例用于最简单的线性内插情形为例,将说明本实施例的基本原理。
如图3中所示,给出P0=P(X0)和P1=P(X1),如果进行线性内插,则对满足X0≤X≤X1的输入点X的输出P由 P = ( X 1 - X ) P 0 + ( X - X 0 ) P 1 X 1 - X 0 . . . ( 4 ) 给出。
然而,等式(4)中,各个值(X1-X0),(X1-X),(X-X0)没有方位,但是两个值的比,即(X1-X)/(X1-X0)和(X-X0)/(X1-X0)有作为权重的方位。因而,如果使用任意值L通过 u = X - X 0 X 1 - X 0 L . . . ( 5 )
计算u,则使用u等式(4)重写为: P = ( L - u ) P 0 + u × P 1 L . . . ( 6 )
当通过浮点计算而计算等式(5)和(6)时,u变为实数,而等式(6)和(4)彼此等同。然而,如上所述,进行浮点计算是不适当的。因此,当通过整数计算进行等同的过程时,由等式(5)获得的u是一近似值。因而,由实际装置进行的计算精确地表示为: u ′ = ROUND ( X - X 0 X 1 - X 0 L ) . . . ( 5 ′ ) P = ( L - u ′ ) P 0 + u × P 1 L . . . ( 6 ′ )
其中ROUND(X)是对实数X的小数点之后的进行舍入的函数。
因而,由等式(6’)获得的输出P与由等式(4)获得的输出不能很好地匹配。然而,如果充分大于(X1-X0)的值设置为L,则实际上可忽略误差。此外,由于除了(X1-X0)及其值之外能够独立地设置L,故如果2的方幂设置为L,则通过右位移计算能够实现等式(6’)中的除法。一般来说,位移计算能够通过简单的电路并以比除法较高速度处理。因而,通过设置2的方幂为L,能够实现处理时间和电路规模的降低。
由于u’只与X有关,故在实际处理中内插之前,生成使用X作为地址输出u’的表,即X-u’表。图4表示X-u’表的内容为一图示。为了比较,图5作为一图示表示当不使用L时X和到格栅的距离之间的关系。这一X-u’表可以就在执行内插前生成。如果格栅位置事先确定,则X-u’表可以代替格栅位置事先存储在装置中。
这样,如果准备X-u’表,则可通过使用等式(6’)的非常简单的运算来计算对输入X的输出P。
[二维内插]
在线性内插中,除法可由位移计算代替,并当在不小于二维的空间中使用四面内插时,能够预期很大的效果。为了显示这种效果,以下以图1所示的二维四面内插为例给出说明。作为用于以下内插说明中的方案,三维空间中的四面内插施加于二维空间,并在三维四面内插中以下的例子中的效果更为明显。
如在一维情形下由等式(5)给出的u’中那样,二维空间中u’和v’由 u ′ = INT ( X - X 0 X 1 - X 0 L ) . . . ( 7 a ) v ′ = INT ( Y - Y 0 Y 1 - Y 0 L ) . . . ( 7 b )
给出。u和v及u’和v’之间的关系如下:
如果u>v,则由于uL>vL,INT(uL)≥INT(vL),即u’≥v’;
如果v>u,则由于vL>uL,INT(vL)≥INT(uL),即v’≥u’;以及
如果u=v,则由于uL=vL,INT(uL)=INT(vL),即u’=v’。
如从以上说明所见,通过转换u和v为u’和v’,虽然不等号可能变为等号,但能够保持与u和v之间相同的u’和v’之间的关系。因而,由于包含输入点的三角形保持相同,故基于u’和v’之间的关系计算输出P是适当的。把等式(7a)和(7b)用于等式(2a)和(2b)产生当 u ′ > v ′ , P = ( L - u ′ ) P 00 + ( u ′ - v ′ ) P 10 + v ′ P 11 L . . . ( 8 a ) v ′ ≥ u ′ , P = ( L - v ′ ) P 00 + ( v ′ - u ′ ) P 01 + u ′ P 11 L . . . ( 8 b )
如等式(8a)和(8b)所示,对于任何格栅间隔的内插,能够通过等于当格栅间隔在等式(2a’)和(2b’)中彼此相等,即当单位矩形为正方形时所需的计算量实现。当然,当L为2的方幂时,在等式(8a)和(8b)中除以L的除法可通过右移运算实现。
[三维内插]
以下将说明本实施例使用三维LUT用于四面内插时的处理顺序。图6表示三维LUT的整个图象,而图7表示图6中所示作为三维LUT的一部分的单位矩形六面体。
假设P000=P(X0,Y0,Z0),P001=P(X0,Y0,Z1),P010=P(X0,Y1,Z0),P011=P(X0,Y1,Z1),P100=P(X1,Y0,Z0),P101=P(X1,Y0,Z1),P110=P(X1,Y1,Z0),P111=P(X1,Y1,Z1),将取对满足X0≤X≤X1,Y0≤Y≤Y1,Z0≤Z≤Z1的输入(X,Y,Z)计算输出P为例,说明本实施例用于三维四面内插时获得的效果。 u ′ = INT ( X - X 0 X 1 - X 0 L ) . . . ( 9 a ) v ′ = INT ( Y - Y 0 Y 1 - Y 0 L ) . . . ( 9 b ) w ′ = INT ( Z - Z 0 Z 1 - Z 0 L ) . . . ( 9 c )
如同在上述二维内插的情形那样,由于u’仅依赖于X,故X-u’表作为使用X为地址用于获得u’的表在内插之前生成。类似地,使用Y作为地址获得v’的Y-v’表,及使用Z作为地址获得w’的Z-w’表在内插之前生成。这些表可以就在执行内插前生成。当事先确定X,Y和Z格栅位置时,X-u’、Y-v’、Z-w’表可代替格栅位置存储在装置中。如果生成了这些表,则对于输入(X,Y,Z)的输出P可很简单地通过以下公式计算:当 u ′ > v ′ > w ′ , P = ( L - u ′ ) P 000 + ( u ′ - v ′ ) P 100 + ( v ′ - w ′ ) P 110 + w ′ P 111 L . . . ( 10 a ) u ′ > w ′ > v ′ , P = ( L - u ′ ) P 000 + ( u ′ - w ′ ) P 100 + ( w ′ - v ′ ) P 110 + v ′ P 111 L . . . ( 10 b ) w ′ ≥ u ′ > v ′ , P = ( L - w ′ ) P 000 + ( w ′ - u ′ ) P 001 + ( u ′ - v ′ ) P 101 + v ′ P 111 L . . . ( 10 c ) w ′ ≥ v ′ ≥ u ′ , P = ( L - w ′ ) P 000 + ( w ′ - v ′ ) P 001 + ( v ′ - u ′ ) P 011 + u ′ P 111 L . . . ( 10 d ) v ′ > w ′ ≥ u ′ , P = ( L - v ′ ) P 000 + ( v ′ - w ′ ) P 010 + ( w ′ - u ′ ) P 011 + u ′ P 111 L . . . ( 10 e ) v ′ ≥ u ′ > w ′ , P = ( L - v ′ ) P 000 + ( v ′ - u ′ ) P 010 + ( u ′ - w ′ ) P 110 + w ′ P 111 L . . . ( 10 f )
如上所述,根据这一实施例,由于三维LUT中的内插能够通过简单的计算实现,故能够易于实现高速处理。
在以上的说明中,获得了线性输出。然而,由于这一实施例的处理独立地处理各个输出维而与维数无关,故这一实施例能够用于任意输出维的转换。
如图6所示,实际的三维LUT是由多个单位矩形六面体组成的,且每一单位矩形六面体的形状由相对于各维的格栅位置确定。这一实施例能够直接用于使用LUT的内插,其中如图6所示,三维输入的格栅位置独立地设置。然而,如果对所有的维设置相同的格栅位置,由于X-u’表能够用作为Y-v’和Z-w’表,故能够省略为准备这些表的过程及用于存储它们的存储器。当这一实施例用于彩色转换时,如果输入是彩色空间的RGB、CMY和CIE XYZ之一,则通过在等同的位置设置所有维的格栅位置,能够由灰度线表示LUT的对角线,能够改进灰度线内插的精度。如上所述,当在等同的位置设置所有维的格栅位置时,由于能够省略表的准备和用于存储表的存储器,故这一实施例能够提供更大的效果。
[转换装置的结构]
图8是表示转换装置结构的框图。CPU102控制根据存储在ROM101中的程序和数据通过总线107控制整个转换装置的操作,根据这一实施例对通过例如I/O104或NIC(网络接口卡)105输入的图象数据使用RAM103作为工作存储器执行彩色转换,并通过I/O104或NIC105输出处理结果,或把结果存储在诸如硬盘(HD)107这样的存储介质中。
例如,诸如监视器(CRT、LCD等)、打印机、图象阅读器、胶片阅读器、数字静止相机、数字摄像机等等图象I/O装置,或具有诸如磁盘、光盘等的存储介质的存储装置通过预定的接口连接到I/O104。而且,该装置能够通过NIC105与这种图象I/O装置或存储装置连接的计算机交换图象数据。作为这种网络,有使用以太网或FDDI(光纤分配数据接口)的网络,及由IEEE1394规定的串行总线、USB(通用串行总线)等等。
图9是表示由CPU102执行的转换的流程图。在步骤S1设置格栅位置之后,在步骤S2到S4准备X-u’、Y-v’和Z-w’表。准备的表例如存储在RAM103中。
然后,在步骤S5输入图象数据,并使用在步骤S6准备的表获得对应于输入的图象数据的u’、v’和w’。在步骤S7确定u’、v’和w’之间的关系,并在步骤S8使用对应于确定的结果的等式,即等式(10a)到(10f)之一,计算转换的图象数据。重复步骤S5到S8,直到图象数据的所有转换过程完成(图9中未示出)。
图8表示一例,其中这一实施例的转换装置是通过诸如个人计算机实现的。然而,这一实施例不限于这种特定的装置。例如,除了CPU102之外可以提供DSP(数字信号处理器),实现图9所示的转换的程序可提供给DSP,且DSP可执行转换。此外,这一实施例的转换装置可以内装于诸如打印机、复印机等这样的成象装置内。这种情形下,X-u’、Y-v’和Z-w’表可存储在与图象数据总线连接的LUT RAM中。并可基于来自RAM的输出,例如通过DSP计算转换结果,并可以输出到图象数据总线。当这一实施例的转换过程用于成象装置时,转换过程对应于各种过程,诸如输入掩蔽、亮度-灰度等级转换、UCR、输出掩蔽、伽马校正、等级校正、彩色空间转换、彩色空间压缩/解压缩等等。
如上所述,根据本实施例,由于使用了查表,该表使用输入值作为地址获得从格点到输入值距离,该距离由充分大的数值正规化,故通过等于当所有格栅间隔彼此相等而不限制格栅位置的设置时所需的计算量,能够实现实际上高精度的内插。因而,根据这一实施例的转换装置,无需增加计算量和电路规模就能够实现灵活的转换特性。
当输入具有二或多维或内插方案是四面内插时,这一实施例特别能够减少计算权重所需的乘法,这样有效地缩短了处理时间并降低了电路规模。
当为正规化输入值和格点之间的距离设置2的方幂为足够大的数值时,由于在内插的结尾所作的被所有权重除的除法,能够通过位移计算实现,这样进一步缩短了处理时间并降低了电路规模。
此外,当输入的所有维的格栅位置彼此相等时,能够进一步减少实现本发明所需的处理步骤和存储器规格。
注意,当输入的彩色空间是RGB、CMY和CIE XYZ时,为了改进格栅线内插精度,这一实施例是特别有效的。
再次说明,根据本发明,能够提供适合于数字计算处理的数据转换方法,使用该方法的转换装置,用于数据转换的记录媒体,及使用该数据转换的图象处理装置和方法。
由于在不背离其精神和范围的情形下,能够作出明显不相同的本发明的许多实施例,应当理解,除了所附权利要求中定义的之外,本发明不限于其特定的实施例。

Claims (23)

1.一种数据转换方法,包括以下步骤:
输出表示从输入值到查表的格点的距离的值,并使用查表由充分大的值正规化;以及
通过内插由查表获得的值执行输入值的数据转换。
2.根据权利要求1的方法,其中数据转换使用四面内插法内插具有不小于二维的输入值。
3.根据权利要求1的方法,其中充分大的值是2的方幂。
4.根据权利要求1的方法,其中格点的位置在所有输入维中彼此相等。
5.根据权利要求1的方法,其中输入值是RGB、CMY、及XYZ彩色空间中之一的图象数据。
6.一种数据转换装置,它包括:
用于存储表的存储装置,该表输出表示从查表的格点到输入值的距离的值,并由相对于输入值充分大的值正规化;以及
用于通过内插由查表获得的值执行输入值的数据转换的计算装置。
7.根据权利要求6的装置,其中所述计算装置使用四面内插法内插具有不小于二维的输入值。
8.根据权利要求6的装置,其中充分大的值是2的方幂。
9.根据权利要求6的装置,其中格点的位置在所有输入维中彼此相等。
10.根据权利要求6的装置,其中输入值是RGB、CMY、及XYZ彩色空间中之一的图象数据。
11.一种包含具有计算机程序代码的计算机可读媒体的计算机程序产品,用于数据转换方法,该产品包括:
正规化处理过程代码,用于输出表示从输入值到查表的格点的距离的值,并使用查表由充分大的值正规化;以及
转换处理过程代码,用于通过内插由查表获得的值执行对输入值的数据转换。
12.记录有用于数据转换过程的数据的计算机可读媒体,该数据包括:
表数据,该表数据用于输出表示从查表的格点到输入值的距离的值,并由相对于输入值充分大的值正规化;以及
表示一种计算的数据,该计算用于通过使用由所述表数据获得的值内插由所述查表获得的值而执行输入数据的转换。
13.一种图象处理方法,包括以下步骤:
基于输入数据选择多个格点;
获得值,该值表示选择的格点和输入数据之间的距离并由预定的值正规化;以及
基于获得的值和多个格点的数据执行内插。
14.根据权利要求13的方法,其中内插是用于对具有不小于二维的输入数据执行四面内插的过程。
15.根据权利要求13的方法,其中预定的值是2的方幂。
16.根据权利要求13的方法,其中格点的位置在所有输入维中彼此相等。
17.根据权利要求13的方法,其中输入值是RGB、CMY、及XYZ彩色空间中之一的图象数据。
18.一种图象处理装置,它包括:
基于输入数据选择多个格点的选择装置;
用于获得表示选择的格点和输入数据之间的距离并由一预定值正规化的值的正规化装置;以及
基于获得的值和多个格点的数据执行内插的计算装置。
19.根据权利要求18的装置,其中内插是用于对具有不小于二维的输入数据执行四面内插的过程。
20.根据权利要求18的装置,其中预定的值是2的方幂。
21.根据权利要求18的装置,其中格点的位置在所有输入维中彼此相等。
22.根据权利要求18的装置,其中输入值是RGB、CMY、及XYZ彩色空间中之一的图象数据。
23.一种用于图象处理方法的包含具有计算机程序代码的计算机可读媒体的计算机程序产品,该产品包括:
基于输入数据选择多个格点的选择处理过程代码;
正规化处理过程代码,用于获得表示选择的格点和输入数据之间的距离的值,并通过预定值正规化;以及
转换处理过程代码,用于基于获得的值和多个格点的数据执行内插。
CN99110140A 1998-07-02 1999-07-02 数据转换装置和方法 Expired - Fee Related CN1115639C (zh)

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