CN1619592A - 误差扩散法的内存管理方法及其半色调处理模块 - Google Patents

Abstract

一种误差扩散法的内存管理方法及其半色调处理模块，主要是将所欲进行半色调处理的影像切割成多个较小的区块，每一区块小于静态随机存取内存(SRAM)的大小，再根据误差扩散法依序进行半色调处理，而每一区块交界处无法处理的部分，则采取填补以及保留至下一区块的方式来完成区块内所有像素的处理，因而可以改善SRAM空间浪费以及占据动态随机存取内存(DRAM)的问题，提高处理的效率。

Description

误差扩散法的内存管理方法及其半色调处理模块

技术领域

本发明涉及一种内存管理方法，应用于影像的半色调处理，特别涉及一种将待处理的影像切割成多个区块来进行误差扩散法处理的内存管理方法及其半色调处理模块。

背景技术

多功能事务机(Multi Function Peripheral；MFP)为同时具有扫描(scan)、打印(print)、复印(copy)以及传真(fax)等功能的机器，其复印的功能是利用扫描的方式输入，或是再利用复印的功能再将其打印出来，以得到复印的影像。且因为扫描所得到的影像数据为RGB基色下的影像数据，而打印输出端仅能处理KCMY基色下的影像数据，因此，多功能事务机内部的影像处理芯片都具备有色彩转换(color conversion)处理的功能。

另一方面，由于扫描输出的影像数据为连续色调(continuous tone)，亦即影像数据的每一个像素(pixel)都是利用RGB三个字节来表示，而每一个颜色都具有256种色阶变化，但是打印输出端仅处理KCMY基色的影像数据，所以必须先针对输入影像数据进行半色调(halftone)处理方能输出，以上述的多功能事务机来说，就必须将具有256种色阶变化的影像数据以4种色阶(KCMY)来表示。最常见的半色调处理方式为误差扩散法(error diffusionmethod)，其概念为当每个像素由连续色调转换为半色调时，将产生颜色上的误差，因此必须将此误差由周围的像素来补偿。例如暗红色只能以红色来表现，因为人眼只对大范围的色彩具有敏感度，所以必须将此像素周围的像素用较深的颜色来平衡。

一般而言，误差扩散的方式有利用3×5误差扩散滤波器(由Jarvis，Judice and Ninke提出)以及2×3误差扩散滤波器(由Floyd and Steinberg提出)两种常见的滤波器加以实现，前者将误差扩散至待处理像素右侧及下方共12个像素(见图1A)，其中像素内的数字代表其权值(weight)，而后者将误差扩散至待处理像素右侧及下方共4个像素(见图1B)，因为这些误差具有累积性，也就是被误差扩散过的像素必须向右、向下继续扩散，因此，这些处理过的像素仍必须被储存于内存中等待下一次误差扩散。以3×5误差扩散滤波器为例，是将两列已经扩散处理过的像素，加上一列原始的像素数据，储存于内存中进行误差扩散处理，待处理完毕后，就会得到一列已经完成半色调处理的像素数据以及两列被误差扩散后的像素数据，接着保留两列被误差扩散后的像素数据，再加入新的一列原始像素数据，如此依序扩散，直到影像数据中所有像素都完成半色调处理。

传统的作法是将待处理的三列像素数据储存于动态随机存取内存(DRAM，以下以DRAM代替)中，因此，误差扩散处理的过程中，都必须持续对DRAM中的数据进行读写的动作，会造成存取DRAM的效率不明显，而且因为待处理的像素以及周围扩散的像素在DRAM中是不连续的地址，所以无法应用DRAM中的高速(burst)模式。但若是将三列像素数据存放于影像处理芯片内的静态随机存取内存(SRAM，以下以SRAM代表)中，又会过多浪费此珍贵的空间。

为了解决此问题，美国专利第6014227号专利提出一种根据喷孔数来对应内存大小的方法，有效管理内存，提高内存使用的效率；然而整个方式却非常受限于喷孔的数目，使用上相当缺乏灵活性。又如美国专利第6006011号专利，是将整张影像全部都储存于DRAM中在一个一个拿出来作误差扩散的计算，但是这样的作法不仅限制了影像的大小必须小于DRAM的大小，且要同时耗费相当大的一块内存空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种误差扩散法的内存管理方法及其半色调处理模块，不仅减少芯片内部存储器资源的浪费，且减少芯片外部内存的存取次数，提升内存的管理效能。

根据本发明所公开的误差扩散法的内存管理方法，是将待处理影像切割成多个区块，使每一区块小于一芯片内部存储器的大小，然后再将区块储存至芯片内部存储器，并将此待处理的区块的起始位置填补上所需要的像素，使得待处理区块的起始位置上的像素都能进行误差扩散处理，然后针对待处理区块进行误差扩散，而结尾位置无法处理的像素则保留至相邻区块，作为填补像素的用，如此依序针对每一区块进行误差扩散，而完成整张影像的半色调处理。

而本发明的误差扩散法的半色调处理模块，包含有影像处理芯片、内部存储器以及外部内存，内部存储器位于影像处理芯片内部，而外部内存位于影像处理芯片的外部。利用将影像切割成多个小于内部存储器的区块，依序储存在内部存储器内供影像处理芯片来进行误差扩散处理，而区块的起始位置需先填补上像素，使起始位置的像素都可以进行误差扩散，而结尾位置无法进行误差扩散的像素，则暂存至外部内存，供相邻的区块进行处理，如此，不仅可以支持外部内存的高速(burst)模式，提高效能，更可有效运用芯片内部存储器以及芯片外部内存的空间。

附图说明

图1A为公知3×5误差扩散滤波器的示意图；

图1B为公知2×3误差扩散滤波器的示意图；

图2为本发明切割多个区块的示意图；

图3为本发明区块进行误差扩散的示意图；

图4为本发明区块的第二实施例示意图；

图5为本发明第二实施例切割区块的示意图；

图6A、图6B为本发明区块中无法处理的像素示意图；

图7为本发明的硬件架构示意图；及

图8为本发明的步骤流程示意图。

附图标记说明

10   芯片内部存储器    20   待处理影像

21   第一区块          211  无法处理区域

22   第二区块          23   第三区块

30   待处理影像        31   第一区块

311  右侧无法处理区域  312  底端无法处理区域

32   第二区块          321  起始填补区域

33   第三区块          331  结尾填补区域

60   误差扩散单元      61   像素

71  扫描仪            72  DRAM

73  影像处理芯片      74  SRAM

75  打印机

具体实施方式

本发明公开的误差扩散法的内存管理方法及其半色调处理模块，请参阅图2，其主要概念为将待处理影像20分割为多个区块(图中绘示包含有第一区块21、第二区块22以及第三区块23)，然后以区块的方式将传送到芯片内部存储器10来进行误差扩散，如果将其设计为待处理影像20位于芯片外部内存(一般多为动态随机存取内存(DRAM))，则可以利用DRAM特殊的直接内存存取(Direct Memory Access；DMA)的方式使用高速(burst)模式来进行传输，增加传送影像的速度；当然，也可以直接由影像读取区块数据，而不通过DRAM。此一待处理影像20可为整个需要处理的影像，也可以为所需处理影像的一部分，而是将整体所需处理的影像切割一部分暂存至DRAM，再切割为多个区块来处理。

然而，因为是以区块的方式来进行处理，所以必须考虑到边界像素的问题。请参阅图3，第一区块21进行误差扩散处理时，会由左上角第一个像素61开始进行处理，图中以3×5误差扩散为例(图中所绘示的像素的数量仅为示意，不代表区块的大小)，每一个误差扩散单元60必须将待处理像素61向右、向下扩散至12个像素，然而因为此为第一区块21，所以每一列起始位置必须填补上空白的像素，才能完成误差扩散处理。而最后两列的像素，因为必须配合第二区块22前一列的像素方能进行误差扩散，所以，于处理第一区块21时，则必须先行保留，无法处理(容后详述)。而第一区块21最右边几行的像素也面临到相同的问题，必须配合第三区块23起始位置的像素方能处理，所以也必须保留，而留下一个近似三角形的无法处理区域211。

有鉴于此，本发明提出第二实施例，直接将区块设计为配合此一误差扩散法则而形成的近似斜体状(zigzag)的第一区块31，如图4所示，而整体待处理影像30的切割方式请参阅图5，将其切割为多个同样近似斜体状的区块，图中绘示，第一列切割好为第一区块31、第二区块32以及第三区块33，当然，并不限定于同一列切割为三个区块，主要取决于待处理影像30的大小以及芯片内部存储器10的容量(图中待处理影像30为求清晰，仅绘示第一列的区块，不代表下方不作区块分割)。而为求规律以及配合误差扩散法则，待处理影像30的起始位置所分割的区块，如第二区块32，起始位置前端必须具有起始填补区域321，而结尾位置的区块，如第三区块33必须具有结尾填补区域331，两者皆为空白的像素；然而，如果此一待处理影像30为整张影像的一部分，则起始填补区域321、结尾填补区域331则为相邻影像来填补。

因此，依照此原则来切割，第一区块31的右侧会具有右侧无法处理区域311(见图6A)，而下方具有底端无法处理区域312(见图6B)(图中以3×5为例，如果以2×3或是其它误差矩阵则大小会有所不同)，配合误差扩散法则两区域的处理方式会有所不同，因为误差扩散的基本作法为“向右向下扩散”，故右侧无法处理区域311可直接保留于内部存储器10，等待相邻区块来填补进行处理，而底端无法处理区域312则需要暂存于外部内存中，等待下一列且相邻的区块方能进行处理。

以下举一个多功能事务机(MFP)的例子来说明，请参阅图7、8，当利用扫描仪71并需要直接利用打印机75打印输出时，所扫描到的影像会先储存于DRAM(动态随机存取内存)72中，然后将此待处理影像切割为多个区块(步骤801)，所切割的区块形状可为阵列式的几何图形(例如为矩形，见图2)或是配合误差扩散法则所形成的近似斜体状(zigzag)(见图5)，然后将区块储存至芯片内部存储器(一般为SRAM74(静态随机存取内存)，并将区块的起始位置(包含有左侧以及顶侧)根据误差扩散法填补上所需要的像素(步骤802)，填补的方式如前所述，在此不再赘述，当然，如果是第一列的区块，则没有顶侧需要填补的部分。

然后利用影像处理芯片73针对区块内的像素依序进行误差扩散处理(步骤803)，依据一般的方式，为向右、向下依序扩散，然后结尾位置无法处理的区块则保留至相邻区块(步骤804)，结尾位置的区域保留方式，请参阅图6A、图6B，右侧无法处理区域311直接保留于SRAM74中，而底端无法处理区域312则保留至DRAM72中，故，当进行右侧的相邻区块时，右侧无法处理区域311可以直接填补于其左侧的起始位置；而进行至下一列的相邻区块时，则底端无法处理区域312可以由DRAM72中被读取而填补于其顶端的起始位置。如此依序对每一区块进行误差扩散处理而完成半色调处理(步骤805)，然后利用打印机75输出。当然，上述实施例仅举利用扫描仪71输出、打印机75输出的例子，其它方式输入、输出影像也是相同的原理。

以上所述仅为本发明其中的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明权利要求所作的等效变化与修改，都为本发明所涵盖。

Claims (19)

1.一种误差扩散法的内存管理方法，包含有下列步骤：

将一待处理影像切割为多个区块；

根据误差扩散法填补该区块的起始位置；

针对该区块内的各像素依序进行误差扩散处理；

将该区块的结尾位置中无法处理的像素保留至下一相邻的该区块；以及

依序对该区块使用误差扩散来完成半色调处理。

2.如权利要求1所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，所切割的该区块的大小小于内存的大小。

3.如权利要求2所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，该内存为一影像处理芯片的内部存储器。

4.如权利要求3所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，该内部存储器为一静态随机存取内存。

5.如权利要求1所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，该将一待处理影像切割为多个区块的步骤，是将该待处理影像切割为多个阵列式的区块。

6.如权利要求5所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，该阵列式区块为规则的矩形区块。

7.如权利要求1所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，该将一待处理影像切割为多个区块的步骤，是配合误差扩散法来加以切割。

8.如权利要求7所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，该区块为一近似斜体状。

9.如权利要求1所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，该根据误差扩散法填补该区块的起始位置的步骤，为将该区块的起始位置填补所需的影像数据，使该起始位置的像素都能完成误差扩散。

10.如权利要求9所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，所填补的该影像数据为相邻的该区块所无法处理的像素。

11.如权利要求9所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，所填补的该影像数据为空白的像素。

12.一种误差扩散法的半色调处理模块，用以针对一待处理影像，先行将其分割为多个区块，再依据误差扩散法来进行半色调处理，该模块包含有：

一影像处理芯片，用以执行误差扩散处理；

一内部存储器，位于该芯片内部，用以存放待处理的该区块以及根据误差扩散法所需填补于该区块的起始位置的影像数据，以供该影像处理芯片进行误差扩散处理；及

一外部内存，位于该芯片外部，用以提供该内部存储器填补该区块所需的像素。

13.如权利要求12所述的误差扩散法的半色调处理模块，其特征在于，该内部存储器为一静态随机存取内存。

14.如权利要求12所述的误差扩散法的半色调处理模块，其特征在于，该待处理的区块为配合误差扩散法所切割形成的一近似斜体状。

15.如权利要求12所述的误差扩散法的内存管理方法，其特征在于，填补于该区块的起始位置的影像数据为根据误差扩散法使该起始位置的像素皆能完成误差扩散所需填补的影像数据。

16.如权利要求15所述的误差扩散法的半色调处理模块，其特征在于，所填补的该影像数据为相邻的该区块所无法处理的像素。

17.如权利要求16所述的误差扩散法的半色调处理模块，其特征在于，该无法处理的像素是位于该区块的结尾位置。

18.如权利要求15所述的误差扩散法的半色调处理模块，其特征在于，所填补的该影像数据为空白的像素。

19.如权利要求12所述的误差扩散法的半色调处理模块，其特征在于，该外部内存为一动态随机存取内存。

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