KR100396719B1

KR100396719B1 - 멀티레벨스크린영상압축방법

Info

Publication number: KR100396719B1
Application number: KR1019960055304A
Authority: KR
Inventors: 바드라만니티 벤카테스바
Original assignee: 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
Priority date: 1995-11-20
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 2004-04-29
Also published as: JP3971815B2; SG48491A1; EP0774858A3; KR970028910A; CN1159694A; TW317686B; CA2190306A1; JPH09284564A; EP0774858A2

Abstract

본 발명은 프린트를 위해 스크린 화상 데이타를 압축하기 위한 방법에 관한 것이다. 다수 화소 셀들로 화상을 타일식으로 배치함으로써 데이타가 생성된다. 임의의 한 셀 내의 화소들은 압축시키는데 더욱 적당하게 되도록 재주사될 수도 안될 수도 있다. 본 발명의 방법은 하나는 무손실 경로(24)이고, 다른 하나는 손실 경로(26)인 2가지 압축 경로 간에 선택할 수가 있다. 데이타가 압축되고 나면, 버퍼(6) 내에 정보가 저장되고, 이어서 노광 모듈로 전송된다. 만일 손실 압축법이 선택되면, 피드백 신호(18, 20)에 따라서 압축을 더 크게 더 작게 하도록 조정될 수 있는 양자화 계수(14)가 압축 과정에서 이용된다.

Description

멀티 레벨 스크린 영상 압축 방법

본 발명은 프린트 프로세스(printing processes)에 관한 것으로, 특히 프린트 될 화상들에 대한 스크린 프로세스(screening process)에 관한 것이다.

전자 사진, 염색 승화(dye sublimation), 잉크젯, 오프셋 등과 같이 프린트 기술에는 여러가지가 있다. 그러나, 염색 승화 기법 정도만 화소당 계조(gray level)수가 크고, 나머지 기법들은 작다. 예컨대, 공간 광 변조기를 내장한 전자 사진 프린트의 경우는 화소당 16-32 화색도 정도를 달성할 수가 있다. 이들 프린터 상의 연속 톤(콘톤)(contone)의 외양을 시뮬레이트하기 위해서는 멀티 레벨 스크리닝(multi-level screening)이라 불리는 방법을 이용해야 한다. 멀티 레벨이라는 것은 이들 프린터에서 구현되는 여러가지 레벨 회색 색조(gray shades)를 말하지만 레벨 수는 보통 콘톤 데이타를 재생시키는 데 필요한 256개보다 훨씬 적다.

멀티 레벨 프린트의 일례로서, 어떤 화상이 16 레벨(4 비트)의 계조만을 재생할 수 있는 600 dpi(dot per inch) 프린터에서 프린트된다고 가정한다. 화상을 포함하는 페이지는 페이지를 완전히 타일식으로 채우는 4 화소폭 ×4 화소 높이의 블럭(셀)으로 논리적으로 분할될 수 있다. 셀 내의 각 화소는 16가지의 색조 중 하나를 표현할 수 있고, 셀 그 자체는 전체적으로 총 241[(16-1)×4×4＋1]가지 회색 색조를 시뮬레이트할 수 있다. 예컨대, 레벨 15를 가진 화소와 레벨 10을 가진 다른 화소를 채우면 25가지의 회색 색조가 시뮬레이트될 것이다. 셀 내에 화소를 채우는 순서를 정하는 데에는 몇가지 기법이 이용될 수 있다.

디지탈 데이타 압축은 가용 메모리 또는 대역 폭에 제한이 있는 시스템(프린터 포함)에 이용되는 기술이다. 통상적으로, 디지탈 압축 방법들은 콘톤 데이타에 적용된다. 프린터에서, 압축 방법은 페이지 프린트시에 필요한 프레임 버퍼 메모리량을 줄이는 데 이용될 수 있다. 프린터에 입력되는 것은 레스터 이미지 프로세서 (Raster Image Processor: RIP)라고 하는 프로세서에 의해서 프레임 버퍼 내의 화소 맵으로 변환되는 페이지 기술 언어(page description language)(포스트스크립트 (postscript), PCL 등)이다.

가용 메모리가 한정되어 있으면, 출력 비트맵은 한번에 한 대역씩 생성되어 압축된다. 예컨대, 화소당 4 비트를 갖고 또 4가지 칼라면을 갖는 8 1/2"×11", 600 ×600 dpi 프린터의 경우 필요한 총 메모리는 64 메가바이트이다. 그러나, RIP가 한번에 "1/2" 대역을 생성하여 이것을 8배율 정도(by a factor of 8)로 압축해서 저장하는 경우, 필요한 유효 메모리는 64/8 + 1 대역당 메모리 8 ＋ 11×600×600×4/8, 즉 8.95 메가바이트이다(이때, 대역은 11" 방향 및 1/2" 크기인 것으로 가정). 이것은 전 프레임(full frame) 버퍼 시스템에 필요한 메모리보다 훨씬 작다.

더우기, 전 프레임 버퍼 시스템에서, 만일 메모리로부터 마킹 엔진(marking engine)으로의 데이타 경로가 제한된 대역 폭을 갖는다면 압축이 필요할 수가 있다. 그러나, 현재로서는 멀티 레벨 데이타를 효과적으로 압축할 수 있는 방법이 없다. 따라서, 이러한 방법을 개발할 필요성이 존재하게 된다.

본 발명의 일 양상은 스크린 화상 데이타를 압축하여 프린트할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 스크린 화상에서 화상은 스크린 셀 또는 타일(tile)로 분할된다. 각 셀 내의 화소는 다른 화소와의 관계에 따라서 재주사(rescan)될 수도 있고안될 수도 있다. 부가적으로 데이타는 미리 기억된 순서에 따라 재주사될 수 있다. 그 다음에 데이타는 2가지 가능한 압축 체계 중 어느 한가지로 압축된다. 데이타 압축 후에 데이타는 버퍼에 저장되고 그 다음에 노광 모듈(exposure module)로 보내져 프린트된다.

본 발명의 일실시예에서는 손실 압축(lossy compression)이 이용된다. 압축 체계에서는 양자화 계수가 이용되며 이 계수는 피드백 신호에 따라 조정된다.

본 발명의 다른 이점은 프로세서와 노광 모듈 간의 통신에 필요한 대역 폭을 줄일 수 있다는 것이다.

본 발명의 또 다른 이점은 전 프레임 버퍼 시스템보다 적은 메모리를 필요로 한다는 것이다.

도 1a 및 1b는 화상을 스크리닝하는데 이용된 셀의 일례와 그 관련 톤 곡선들을 도시한 도면.

도 2는 더욱 효율적인 압축을 위해 데이타를 재포맷하는 실시예들을 도시한 도면.

도 3은 스크린 데이타 압축 방법에 대한 플로우챠트.

도 4a와 4b는 스크린 데이타의 압축 개요의 일실시예에 대한 셀 구조 및 톤 곡선들을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12 : DCT

16 : 버퍼

24 : 무손실 경로

26 : 손실 경로

도 1a는 화상을 스크린하는 데 이용될 수 있는 5×5 셀의 예를 도시한 것이다. 화상은 이러한 셀로 많이 채워져 있다. 본 예에서는 각 셀 내에 화소 등급이 나타나 있다. 화소 등급은 셀 중심으로부터 화소의 수직 거리에 달려 있다. 화소가 분류되고 나면 화소의 각 등급에 대한 입력과 출력이 톤 곡선에 의해 정해진다.

도 1b에는 도 1a의 화소에 대한 톤 곡선들이 도시되어 있다. 이러한 톤 곡선들로부터 클러스터링된 도트 스크리닝이 도출된다. 클러스터링된 도트 스크린은 최초로 채워진 하위 등급의 화소들을 갖는다. 이에 따라서 셀 중심에 고밀도 화소들의 그룹이 생기게 된다. 25가지 등급과 25가지 톤 곡선을 가진 5×5 셀에 대한 가장 일반적인 경우로서 다른 형태의 톤 곡선들도 사용된다.

압축을 위해서 화상은 마크로 셀들로 분할된다. 이 마크로 셀은 X축과 Y축 방향에서 정수(integer number)의 셀을 가진 장방형 셀 블럭이다. 예컨대 X와 Y 방향에서 2개의 셀을 가진 도 1a의 10×10 블럭은 마크로 셀을 형성할 수 있다. 마크로 셀 방식에 따라서 RIP로부터 도출된 정보는 마크로 셀 각각에 대해 압축 체계를 적용시키는데 이용될 수 있다.

RIP는 포스트스크립트, PCL 등과 같은 페이지 기술 언어를 텍스트, 폴리곤 필(polygon fill), 화상과 같은 그래픽 요소(graphics primitives) 계열로 분해한다. 그 다음, 이 그래픽 요소는 프레임 버퍼 내로 주사 변환되어 출력 화소 맵을 생성한다. 본 발명의 이 실시예에서, RIP는 화소마다 주사 변환을 행할 뿐만 아니라 마크로 블럭마다 등급을 생성시킨다.

마크로 블럭 각각은 이 마크로 블럭에 그려진 대상물에 따라서 텍스트, 그래픽 필(graphic fill), 콘톤 등으로 표시된다. 등급 생성은 주사 변환보다 해상도가 더 낮기 때문에(예컨대, 6 화소 해상도가 600 dpi임에 비해, 10×10 마크로 블럭은 해상도가 60/10, 또는 60 dpi 이다), 오버헤드(overhead)가 최소이다. 이 등급 정보는 압축 방법을 적응시키는데 이용될 것이다.

인접 화소들 간의 상관 관계를 증가시키기 위해서 셀 내의 화소들이 재주사 된다. 이에 따라 데이타가 더욱 쉽게 압축될 수 있다. 재주사 순서는 멀티 레벨 스크리닝에서 사용된 셀 모집단 방식(cell population approach)에 따라서 선택된다. 이러한 형태의 재주사의 일례가 도 2a-2c에 도시되어 있다.

부가적으로, 재주사 순서는 도 2a에 도시된 바와 같이 탐색 테이블(look-uptable)과 같은 2차원 배열로 미리 저장될 수 있다. 이 새로운 순서를 사전 저장 (prestored) 순서라고 부르기로 한다.

도 1a에서의 화소 등급들을 이용하여, 도 2a의 화소들이 등급에 따라서, 도시된 순서대로 재주사된다. 이들의 주사 순서는 사실상 거의 원형이 될 것이다. 데이타가 재주사되고 나면, 이 데이타는 1, 2, 3, 4, 5, ···, 25로 1차원으로 저장될 수 있다. 대안으로서, 이 데이타는 도 2b에 도시된 2차원으로 저장될 수 있다.

다른 가능성은 셀로부터 셀로의 등급에 의해 화소를 재주사하는 것이 될 것이다. 동일한 등급의 화소 모두는 각 셀로부터 주사된다. 이 경우에 주사 순서는 다음과 같다.

주사 순서 : 1, 2, 3, 4 ···(셀의 전체 행에 대한 것)

주사 순서 : a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p ···

(셀의 전체 행에 대한 것)

주사 순서 3 : A, B, C, D, E, F, G, H ,I, J, K, L, M, N, O, P ···

(전체 행에 대한 것)

화소가 재주사되고 나면, 이들 셀 내의 화소로부터의 데이타가 압출될 것이다. 압축은 서로 다른 2가지 선택, 즉 무손실 압축이나 손실 압축에 토대를 둘 수 있다. 무손실 압축은 본래의 화상만큼 양호한 화상을 재생시킬 수 있으나, 손실 압축은 본래의 화상만큼 좋은 화상을 재생시키지 못한다. 손실 압축법은 변환법들, 그 중에서도 벡터 양자화를 포함한다. 무손실 압축법은 예컨대 사전식 압축 체계(dictionary based schemes), 예컨대 무손실 차동 펄스 코드 변조(DPCM)를 포함한다. 도 3에는 경로 26에서의 손실 압축과 경로 24에서의 무손실 압축 모두가 있는 플로우챠트의 일례가 도시되어 있다.

이 방법들 중 어떤 방법도 재주사된 화소에 적용될 수 있다. 게다가, 압축 기법들을 혼합할 수도 있다. 예컨대, 콘톤 영역에 대해서는 손실 압축법을, 텍스트 및 그래픽 영역에 대해서는 무손실 압축법을 이용할 수 있다. 손실 압축에 대해서는 레이트(rate) 제어 기업(MPEG(Motion Pictures Expert Group)에서 사용되는 것들과 같은 것)이 이용될 수 있다. 예컨대, 셀 내의 재주사된 데이타는 단계 12에서 이산 코사인 변환(DCT)을 이용하여 변환되고, 단계 14에서 양자화되고, 공통의 그레이 스케일을 갖는 연속된 화소에 대해서 실행되고, 이 결과로서 도출된 데이타는 엔트로피 코딩된다. 그 다음, 출력 버퍼(16)가 충만되었는지 여부가 모니터되고, 버퍼충만 측정(18)은 출력 비트율을 조정하는 양자화 환산 인수(equantization scale factor)를 제어하는데 이용될 수 있다. 게다가 출력 압축비(20)도 모니터될 수 있다. 이 계수가 목표 압축 계수를 초과하면, 화질을 개선시키고 압축비를 목표 압축비에 가깝게 되도록 유지하기 위하여 양자화 환산 인수가 감소된다.

압축된 코드화 비트열은 전 프레임 버퍼보다 저장 용량이 훨씬 적게 될 것이고 따라서 시스템의 코스트가 절감될 것이다. 더우기, 압축된 코드화 비트열은 마킹 모듈 내로 전송될 데이타의 대역 폭을 감소시킨다. 그러나, 대역 폭을 감소시키려면 마킹 모듈 내에 디컴프레서(decompressor)가 있어야 한다. 이러한 체계는 전형적인 4가지 칼라면, 즉 푸른색(cyan), 자홍색(magenta), 노란색, 및 흑색 각각에대해서 사용될 수 있다.

손실 압축 체계는 또한 여러가지 화상 내용에 대해서 여러가지 방식으로 이용될 수 있다. 예컨대, 화상 및 입체 영역에 대해서 더 유용한 손실 압축 체계도 있고 텍스트에 대해서 더 유용한 손실 압축 체계도 있다.

화상 및 입체 영역에 대한 손실 압축 체계의 일실시예에서, 셀의 유효 계조가 개개 셀 모두의 합으로서 계산될 수 있다. 예컨대, 마크로 셀 내의 3개 셀은 15의 레벨을 갖고 있고 나머지 6개 셀 모두는 0의 레벨을 갖고 있는 3×3 셀에서는 45(15＋15＋15)의 레벨이 전송될 것이다.

텍스트 영역에 대한 손실 압축 체계의 일실시예는 텍스트 영역 15 또는 0인 전형적인 분류를 이용한다. 흑색 스폿은 15에 해당하고 백색 스폿은 0에 해당한다. 화소당 4 비트 대신 1 비트만이 전송된다. 더 압축하기 위해서는 특정의 작은 비트 패턴은 미리 저장되고 인덱스만이 전송된다. 예컨대, 3×3 셀은 2⁹=512 비트맵 조합을 갖는 것이 가능하다. 그러나, 64 세트가 저장될 수 있고 가장 가까운 부합 (match)이 전송되므로 8배율만큼 비트수가 감소된다.

상술한 바와 같이, 손실 압축 기법은 무손실 압축 기법과 혼합될 수 있고, 또는 어느 것 하나가 별도로 남아 있을 수 있다. 무손실 또는 손실 기법 중의 일례는 DPCM이다. DPCM에서는 현행 화소가 선행 화소를 토대로 예측되고, 실제치와 예측치 간의 차신호가 양자화 및 코딩된다. 양자화 계수가 1인 경우에는 코딩은 무손실이고, 양자화 계수가 1 이상이면 코딩은 손실이다.

예측을 위해서는 여러가지 방법이 이용될 수 있다. 이 방법들로는 선행 화소를 이용하는 것 또는 인접 화소 그룹에 대한 평균을 이용하는 것이 있다. 본 실시예에서는 DPCM 압축 예측은 특정의 스크리닝 방법에서 이용된다. 예컨대, 멀티 레벨 스크리닝 방법을 16가지 출력 레벨을 갖는 프린터에 적용한다면, 프린터는 도 4a 및 4b에 도시된 셀 구조 및 톤 곡선들을 갖게 된다.

화소들이 번갈아 순차적으로 채워진 도 4a에 도시된 스크리닝 방식은 멀티 레벨 프린터에 이용된다. 이하의 예측 개요가 이 경우에 유용하다.

즉, A0는, g가 15 미만인 경우에는 g와 동일하고, 그 외의 경우에는 15이다. 또한, Ai는 ai-1<15일 때는 0이고, ai-1=15일 때는 15이며, Ai에서의 i는 0일 수 없다.

Ai는 셀 내의 i번째 화소에 대한 예측이다. ai는 화소 i의 출력 계조이다. "g"는 선행 셀에 대한 평균 출력 레벨이다.

화소 ai-1가 완전히 채워지면 화소들은 번갈아 순차적으로 채워지므로, ai가 채워질 확률은 매우 높다. a_i-1이 일부만 채워지면 a_i가 0이 될 확률이 매우 높다. 이러한 관찰에 따라 상기 예측 개요에 이르게 된다. 실제치와 예측치 간의 차는 양자화 및 엔트로피 코딩된다.

대안적인 예측 개요는 선행 셀의 평균 출력 레벨 g를 이용하여 셀 내의 모든화소에 대한 예측 출력 레벨을 생성시키는 것이다. 예컨대, g=50이면, A₀=15, A₁=15, A₂=15, A₃=5, A₆=0, ···A₈=0.

프로세스 중의 특정 단계들에 대한 다른 대안들이 있다. 예컨대, 재주사 단계가 필요없을 수가 있다. 한가지 대안으로서, 각 셀에 대한 평균값에 주목한다. 평균은 원래 화상으로부터 또는 등가적으로 멀티 톤 화상의 정수 주기에 대해서 평균을 위해 구할 수 있다. 각 화소가 동일한 평균을 갖고 있다고 가정하고, 이 평균을 토대로 셀을 스크리닝하여 전체 셀을 예측한다. 그 다음, 이것은 픽셀 바이 픽셀 방식으로 실제 스크리닝된 값들로부터 감산되어 차 화상(difference image)을 얻게 된다. 그 다음, 이 차 화상은 손실 압축법 또는 무손실 압축법에 따라서 코딩된다. 이것은 평균값이 각 셀과 함께 보내져야만 하기 때문에 오버헤드를 반드시 필요로 한다.

재주사에 대한 다른 대안에서는 스크리닝 알고리즘 주기에 대응하는 빈도로 더 적은 단계를 이용하기 위하여 원래 화상의 DCT를 취하여 양자화 매트릭스를 구성할 수 있다.

지금까지, 프린트를 위해 스크린 화상 데이타를 압축하는 방법에 대해서 특정 실시예들에 대해 설명하였지만, 이러한 특정 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 생각해서는 안되고, 본 발명의 범위는 첨부된 특허 청구의 범위에 의해서만 정해져야 한다.

Claims

화소들 간의 관계에 따라서 스크린 데이타(screened data)를 재주사(rescan)하는 단계;

소정 내용의 데이타를 수신하는 단계;

상기 스크린 데이타의 상기 내용에 따라서, 압축을 위한 적어도 2개의 선택적 경로(alternate Path) 중 어느 한 경로를 선택하는 단계;

선택된 데이타 경로에서 상기 데이타를 압축하는 단계;

상기 압축된 데이타를 인코딩하는 단계;

상기 압축된 데이타를 저장하는 단계; 및

상기 데이타를 노광 모듈(exposure module)로 전송하는 단계

를 포함하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제1항있어서, 상기 재주사 단계는, 상기 셀의 중심에 대한 셀 내의 화소 위치에 따라서 실행되는 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제1항에 있어서, 상기 재주사 단계는, 사전 저장된(prestored) 순서에 따라서 실행되는 것을 특정으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제3항에 있어서, 상기 재주사 단계는, 셀들을 가로질러 실행되는 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제1항에 있어서, 상기 압축 단계는 무손실(lossless) 압축 단계이고, 선행 화소의 값에 기초한 화소들의 예측치들을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제1항에 있어서, 상기 압축 단계는 손실(lossy) 압축 단계이고, 선행 셀 내의 화소들의 계조(gray level)들의 합에 기초하여 예측기(predictor)를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제1항에 있어서, 상기 압축 단계는 변환 기법들을 이용하여 데이타를 압축시키는 단계인 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제7항에 있어서, 상기 변환 기법은 차동 펄스 코드 변조 방식을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제1항에 있어서, 상기 압축 단계는 손실 압축 단계이고, 압축률을 결정하는 양자화 계수를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제1항에 있어서, 상기 압축 단계는 손실 압축 단계이고, 상기 압축률을 조정하기 위한 피드백 신호들을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제10항에 있어서, 상기 피드백 신호들은 버퍼 상태를 표시하는 버퍼 충만 신호(buffer fill signal)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제10항에 있어서, 상기 피드백 신호들은 원하는 압축값에 대해서 실제 압축값을 비교하는 압축비 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
소정 내용의 스크린 데이타를 수신하는 단계;

상기 데이타의 상기 내용에 따라서, 압축을 위한 적어도 2개의 선택적 경로중 어느 한 경로를 선택하는 단계;

선택된 데이타 경로에서 상기 데이타를 압축하는 단계;

상기 압축된 데이타를 인코딩하는 단계;

상기 압축된 데이타를 저장하는 단계; 및

상기 데이타를 노광 모듈로 전송하는 단계

를 포함하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제1항에 있어서, 상기 스크린 데이타의 상기 내용은 그래픽 필(graphic fill)들인 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제1항에 있어서, 상기 스크린 데이타의 상기 내용은 텍스트인 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.
제1항에 있어서, 상기 스크린 데이타의 상기 내용은 콘톤(contone) 데이타인 것을 특징으로 하는 스크린 화상 데이타 압축 방법.