CN1655449A

CN1655449A - 有限脉冲响应滤波方法和装置

Info

Publication number: CN1655449A
Application number: CNA2005100080702A
Authority: CN
Inventors: S·L·克拉森; J·Q·J·波科克
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2025-02-08
Also published as: DE602005008124D1; TWI358197B; EP1569168B1; JP2005229621A; US20050182803A1; TW200601695A; CN100474775C; US7366746B2; JP5020474B2; EP1569168A1

Abstract

FIR滤波器被分为部分滤波器，它们对图像数据的相同部分进行滤波以产生部分滤波结果。部分滤波结果可被存储，以及稍后被取回以产生完整滤波器输出。

Description

有限脉冲响应滤波方法和装置

技术领域

本发明针对有限脉冲响应滤波(FIR)方法和装置。

背景技术

FIR滤波器用于许多领域，诸如文档再现或文档的打印。几乎所有印刷品都采用半色调网屏。这些半色调网屏在传统上为印刷装置进行优化，并且如果没有妥善地从原始扫描图像中消除，则可能导致大量半色调干扰，诸如可见的大面积打浆(beating)和可见的波纹图案。通过扫描印刷品产生的图像数据往往经过滤波，以便消除不想要的人工痕迹、如半色调网屏。半色调的抑制对于彩色文档尤为重要，因为它们通常采用包含不同角度和/或频率的略微不同的网屏的四种或四种以上色分离来印制，而且它们可能相互作用而导致不希望的空间人工痕迹。

发明内容

提供一种用于对图像数据滤波的系统和方法，它利用FIR滤波器属性。例如，具有N×N个系数的二维三角FIR滤波器可应用于图像数据，使得通过处理相互移位恒定像素数量的N×N图像数据像素块，产生连续输出像素。这种滤波器的系数可分成四个象限部分，每个象限部分对应于N×N个系数的四分之一。系数的四个象限部分中的每一个可用来单独产生图像数据的单个N/2×N/2块的部分滤波结果。部分滤波结果可存储在存储器中，稍后被取回以产生完整的滤波器输出。例如，这种滤波过程可应用于文档处理应用中对图像数据去网。

附图说明

参照以下附图详细说明本发明的系统和方法，附图中：

图1说明跨距N为七的二维三角滤波器的示范系数；

图2说明把奇数N转换为偶数的示范补零后的滤波器系数；

图3说明把图2的补零滤波器系数分为形成四个象限滤波器的四个象限部分；

图4说明把象限滤波器应用于N/2×N/2图像数据像素块；

图5表示对图像数据进行象限滤波的示范过程；

图6和图7表示N/2块与滤波器输出之间的示范关系；

图8表示示范滤波器处理器；

图9-11表示滤波过程的示范流程图。

具体实施方式

众所周知，二维FIR滤波器可用于对图像数据滤波。当应用这种具有N×N个系数的滤波器时，对应于N×N块的图像数据像素与适当系数相乘，把这些乘积加起来而产生单个滤波器输出像素。当系数关于中心点对称时，滤波器系数可分为若干象限，各象限(象限滤波器)可分别应用于图像数据的N/2×N/2块，从而产生部分滤波结果。这些部分滤波结果可被组合以形成完整滤波器输出，而不需要再次访问图像数据的N×N块的所有相应像素。

图1表示示范二维三角FIR滤波器的系数100。虽然系数100对应于等于7的奇数N，但N可以是任何数字，偶数或奇数，例如30或31。当N为偶数且系数关于中心对称时，系数可分为N/2×N/2块的4个象限部分，各象限部分可作为象限滤波器分别应用于图像数据的N/2×N/2块。但是，如果N为奇数，如图1所示，则可添加一行零(0)和一列零(0)(补零)，如图2所示，以及N+1×N+1系数块102可分为4个(N+1)/2×(N+1)/2象限部分110、120、130和140，如图3所示。虽然图2示出零的行和列被填补在N×N系数的上侧及左侧，但右侧和下侧也可补零来代替上侧和左侧。

图4表示单个滤波过程，它采用4个象限部分110-140作为4个象限滤波器的系数，对图像数据的N/2×N/2像素块160滤波，产生部分滤波结果210-240。例如，四个象限滤波器可组成单个部分滤波器150。部分滤波器150对图像数据的每个N/2×N/2像素块160进行处理，产生4个部分滤波结果210-240(也统称为部分滤波结果180)。这些部分滤波结果180可存储在存储器中，以便稍后取回并组合以产生完整的滤波器结果。部分滤波器150从相同的N/2×N/2块产生的部分滤波结果210-240中的不同结果与其它N/2×N/2块的部分滤波结果210-240组合，从而产生完整的滤波器输出。

如果要求完整滤波器输出像素的数量匹配图像数据中的像素数量，则沿对应于图像数据的图像区域的周长的(N/2)-1个像素可沿图像区域的边缘被复制；以及扩展后的图像数据中的每个N/2×N/2块可经过处理以产生完整滤波器输出。但是，完整滤波器输出中的信息量少于原始图像数据中的信息量，因为信息通过滤波过程被滤出。因此，需要较少的像素来表示所包含的信息。因此，例如，可通过按照因子k²∶1进行二次抽样来减少或抽选完整滤波器输出中的多个像素。二次抽样可通过选择相互移位k个像素的N/2×N/2像素块来完成。例如，如果通过扫描文档得到图像数据，则N/2×N/2块可在快速扫描方向(从左到右)移位k个像素增量。当到达图像区域的边缘时，下移k个像素的最左N/2×N/2块可被选取以沿快速扫描方向开始另一遍。

图5表示当k＝N/2时被应用于图像数据时的部分滤波器150。图像数据162表示为分成N/2×N/2块，其中索引位于各个N/2增量的上侧和左侧。采用此标记法(左索引上索引)来表示具体的N/2×N/2块，(00)表示左上N/2×N/2块；(0(I-1))表示最右上的N/2×N/2块；((J-1)0)表示最左下的N/2×N/2块；以及((J-1)(I-1))表示最右下的N/2×N/2块。

图像数据162的N/2×N/2块由部分滤波器150进行滤波，从而产生通过N/2×N/2块索引(ji)标记的部分滤波结果182。因此，(00)的部分滤波结果210-240对应于图像数据162中的(00)N/2×N/2块。例如，部分滤波器150可沿快速扫描方向(从左到右)处理图像数据162，每次N/2×N/2块，直至到达图像数据162的右边缘，然后再从在慢速扫描方向向下一个N/2×N/2块的最左的N/2×N/2块开始。这样，N/2×N/2块(00)到(0(I-1))块由部分滤波器150从左到右进行处理，随后再处理(10)到(1(I-1))，从而产生部分滤波结果182。

图6表示覆盖了相应滤波输出像素的图5的图像数据162(填充了点的正方形)的示范图。上面和左边的编号标记输出像素。因此，通过组合与图5所示的N/2×N/2块(00)、(01)、(10)和(11)对应的部分滤波结果，产生滤波输出像素(00)。图7表示对各滤波输出像素(00)、(01)、(02)、(10)、(11)和(12)组合的部分滤波结果210-240。因此，最左上的滤波输出像素通过以下步骤产生：

1)把各系数210与图像数据的(00)N/2×N/2块的像素值相乘，并把乘积相加；

2)把各系数220与图像数据的(01)N/2×N/2块的像素值相乘，并把乘积相加；

3)把各系数230与图像数据的(10)N/2×N/2块的像素值相乘，并把乘积相加；

4)把各系数240与图像数据的(11)N/2×N/2块的像素值相乘，并把乘积相加；5)把所有乘积之和相加；以及可选地

6)通过除以所有系数110-140之和来归一化。

如果所有N×N系数的和为2的幂，即4、16、32等，则归一化过程中的除法会更有效。如果是这样，则归一化可通过一个或多个二进制右移来执行。因此，如果系数之和为4、16或32，则为归一化执行2、4或5次右移。在用于除法的右移之前，通过向乘积之和的总和加入等于所有系数之和的一半的值，可实现舍入。由于右移执行除以系数之和的操作，因此，在右移之前加入系数之和的一半实际上对除法结果加入0.5。

如果系数之和不是2的幂，则可通过把乘积之和的总和与具有2的幂的分母的分数相乘，从而近似计算归一化。在这种情况下，通过一个乘法之后跟随一次或多次右移，得到归一化。

图8表示滤波装置300的示范框图，它基于上述象限滤波器对图像数据进行滤波。滤波装置300包括CPU 302、部分滤波结果生成器304、滤波器输出生成器306、存储器308以及输入/输出端口310。所有元件302-310通过总线312耦合在一起。CPU 302可包括控制程序，它协调其它元件304-310的功能以执行滤波器功能。

虽然图8给出总线体系结构，但滤波装置300可采用执行所需功能的任何硬件结构来实现。例如，滤波装置可在单个专用集成电路(ASIC)、PLA等上实现，或者以软件实现为运行于处理器、如CPU 302中的程序。为了便于论述而采用图8中所示的结构。

各个象限滤波器系数110-140可与其总和、多个右移或者乘法器和多个右移表示的分数一起存储在存储器308中。待滤波的图像数据可经由输入/输出端口310来接收。对于k＝N/2，图像数据可按照每次一个N/2×N/2块来接收，并在产生部分滤波结果之后被丢弃。因此，图像数据的各N/2×N/2块可被输入并存储在存储器308中，直到部分滤波结果生成器304完成了产生与图像数据的N/2×N/2块对应的所有部分滤波结果210-240。如果输入/输出速度低，则当部分滤波结果正由部分滤波结果生成器304产生时，下一个N/2×N/2块可存储在存储器308中。

输入/输出端口310可在快速扫描和慢速扫描方向输入图像数据的N/2×N/2块，如上所述。因此，参照图5，图像数据162的N/2×N/2块可从左到右、从上到下被输入，直到滤波装置300处理了所有的(或者如所需的那么多)图像数据。

当接收到图像数据的新N/2×N/2块时，CPU 302可命令部分滤波结果生成器304开始产生部分滤波结果。部分滤波结果生成器304可通过如上所述把象限系数110-140与所存储N/2×N/2块的相应图像数据相乘、对乘积求和，产生4个部分滤波结果210-240。部分滤波结果210-240可按照索引顺序存储，如图5所示。在图像数据的所有N/2×N/2块由部分滤波结果生成器304处理之后，如图5所示的部分滤波结果182存储在存储器308中。

并非所有的部分滤波结果182都可同时存储在存储器308中，因为滤波器输出生成器306可在所需部分滤波结果210-240可用时立即开始产生完整滤波器输出。CPU 302可与部分滤波结果生成器304通信，以便确定已经产生足够数量的部分滤波结果210-240的时间。当已经产生足够的部分滤波结果210-240时，CPU 302可指示滤波器输出生成器306开始产生完整滤波器输出。当部分滤波结果210-240的任一个不需要用于进一步产生完整滤波器输出时，则它们可从存储器308中删除以节省存储空间。

滤波器输出生成器306可按照快速和慢速扫描方向处理部分滤波结果210-240，如图6和图7中所示。因此，首先访问210(00)、220(01)、230(10)和240(11)以产生最左上的完整滤波输出像素(00)。滤波器输出生成器306在部分滤波结果生成器304产生240(11)之后才可开始产生这个像素。但是，在产生240(11)之后，滤波器输出生成器306可为部分滤波结果生成器304所处理的像素数据的各N/2×N/2块产生一个完整输出像素。在产生完整滤波器输出(00)之后，图像数据的(00)N/2×N/2块的部分滤波结果210-240可被删除，因为不需要这些部分滤波结果用来产生其它任何完整滤波器输出。同样，部分滤波结果210-24-(01)可在产生了完整滤波器输出(01)之后被删除，依此类推。

完整滤波器输出可以或者存储在存储器308中，或者通过输入/输出端口310输出到后续过程作进一步处理。在这种情况下，如果滤波装置300以“在空中”方式对图像数据滤波，则仅需要较少的存储量。图像数据的N/2×N/2块有效地流入滤波装置300，同时完整滤波器输出流出滤波装置300，其中图像数据中不需要的N/2×N/2块和部分滤波结果由图像数据的新N/2×N/2块和新产生的部分滤波结果盖写。

如上所述，上述滤波过程可全部通过在处理器、如CPU 302中运行的软件程序来实现。软件程序可存储在计算机可读媒体中，或者可采用载波形式编码以执行所述功能。部分滤波结果生成器304和滤波器输出生成器306的所有功能可由软件例程来执行，以及图像数据的N/2×N/2块、部分滤波结果210-240以及象限系数110-140的存储器管理可方便地由软件来执行。例如，如果二次抽样率为k^d∶1，其中d为FIR滤波器的维度，则存储器管理器可删除由部分滤波器(d等于2的象限滤波器)进行部分滤波的k^d个图像数据像素，以产生部分滤波结果。这种存储器管理功能无疑也可由相应的硬件装置来执行。软件程序可从计算机可读媒体、诸如软盘等磁盘或CD等光盘加载，或者例如经由诸如因特网等媒体上的载波以电子方式传送。

图9-11说明可由硬件滤波装置或者由软件程序执行的过程的示范流程图。图9表示准备象限系数的示范过程。在步骤S100，如果N为奇数，则执行补零。如上所述，一行和一列零可附加到N×N系数块的上侧和左侧或者下侧和右侧，从而把N×N系数块转换为N+1×N+1系数块。该过程转到步骤S102。在步骤S102，例如，象限系数110-140被产生并存储在存储器308中。然后，过程转到步骤S104并结束。

图10表示产生部分滤波结果的示范流程图。在步骤S200，接收图像数据的下一个N/2×N/2块，然后过程转到步骤S202。在步骤202，通过把各象限系数与N/2×N/2块中的相应图像数据像素相乘，产生部分滤波结果。与各象限系数对应的乘积被求和，然后过程转到步骤S204。在步骤S204，该过程确定是否要处理图像数据的更多N/2×N/2块。如果要处理更多块，则过程返回到步骤S200；否则，过程转到步骤S206并结束。

图11表示产生完整滤波器输出的示范过程。在步骤S300，该过程产生地址映射，用于访问与各完整滤波器输出像素对应的适当部分滤波结果。这个地址映射可按照循环和增量方便地嵌入软件程序。也可使用计数器和门电路形式的相应硬件结构。如果适当的部分滤波结果的寻址被嵌入软件或者内置于硬件中，则此步骤可以不需要。过程转到步骤S302。

在步骤302，该过程读取部分滤波结果中适当的一个，并对读出的部分滤波结果求和。和通过除以系数值之和被归一化。如果系数之和为2的幂，则这种除法可通过按2的幂的指数右移来执行。如果不是2的幂，则可使用最接近系数之和、分母为2的幂的分数。可通过在右移或与分数相乘进行的除法过程之前加入等于系数之和的一半的值，对归一化和舍入。经过归一化和舍入的和作为完整滤波器输出像素被输出。这个归一化和舍入过程可由软件程序或硬件单元(例如可以是ASIC或数字逻辑部件的归一化器和舍入装置)来执行。然后，该过程转到步骤S306。在步骤S306，该过程确定是否已经产生所有预期的完整滤波器输出。如果已经产生了所有预期的完整滤波器输出，则过程转到步骤S308并结束；否则，过程返回到步骤S302。

上述滤波过程可用于诸如静电印刷标记装置或数字复印机等应用。例如，文档从半色调频率去网纹可用于这些和其它应用中。在这些应用中，FIR滤波器可用来使图像数据模糊以消除半色调效应，和/或通过执行各种滤波操作以得到例如对比度信息，产生控制信号。以这种方式应用时，例如，图像数据的峰谷检波器的输出可由FIR滤波器进行滤波，以及完整滤波器输出可与“网点扩大”参数相乘，以便把完整滤波器输出转换为频率单位。象限滤波器的应用可通过减少多次检索相同图像数据的重复存储器访问来允许速度效率。存储要求也可被降低，更少量的图像数据需要保存在存储器中。部分滤波结果占用小得多的容量。

虽然已经结合示范实施例描述了本发明，但这些实施例应当被视为说明性而不是限制性的。例如，虽然以上论述采用二维FIR滤波器作为实例，但任何维数的任何FIR滤波器可利用所公开的好处。例如，具有N个系数的一维FIR滤波器可分成各具有N/2个系数的两个半部分滤波器。三维FIR滤波器可分成6个六分之一部分滤波器。另外，在本发明的精神和范围之内，各种修改、替换等是可行的。

Claims

1.一种滤波方法，包括：

把滤波器的滤波器系数分成多个局部部分，作为相应的多个部分滤波器的系数；

采用所述多个部分滤波器对图像数据滤波以产生部分滤波结果；以及

通过组合所述部分滤波结果而产生完整滤波器输出。

2.一种滤波装置，包括：

存储器，存储滤波器的一组滤波器系数；

耦合到所述存储器的多个部分滤波器，每个所述部分滤波器对应于所述滤波器系数的一部分，所述部分滤波器对图像数据滤波以产生部分滤波结果；以及

滤波器输出生成器，组合所述部分滤波结果以产生完整滤波器输出。

3.一种滤波装置，包括：

用于把滤波器的滤波器系数分成多个局部部分的部件；

用于在所述滤波器的跨距N为奇数的情况下、在所述滤波器系数分成所述多个局部部分之前对其补零的部件；

用于根据所述滤波器系数的所述局部部分对图像数据进行部分滤波以产生部分滤波结果的部件；以及

用于组合所述部分滤波结果以产生完整滤波器输出的部件。