KR100560093B1 - 피라미드 필터를 포함하는 집적 회로 - Google Patents

Abstract

피라미드의 실시예가 기술됨.

Description

피라미드 필터를 포함하는 집적 회로{An Integrated Circuit Comprising A Pyramid Filter}

본 출원은 Tinku Acharya에 의하여, 2001년 1월 3일 출원된, "증배기가 없는 피라미드 필터(Multiplierless Pyramid Filter)"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 09/754,684호 및, Tinku Acharya에 의하여, 2001년 3월 26일 출원된, "이차원 피라미드 필터 기술(Two Dimensional Pyramid Filter Architecture)"(대리인 서류 번호 042390.P11275)라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 _______호에 관한 것이고, 두 출원 모두 본 발명의 양수인에게 양도되고 참고로 여기에 통합된다.

본 발명은 피라미드 필터에 관한 것이다.

이미지 프로세싱(image processing)에서 스캐닝된(scanned) 칼라 이미지와 같은, 이미지를 2 이상의 이미지 표시로 분해하는 것이 흔히 바람직하다. 이러한 관계에서, 이것들은 배경(background) 이미지 및 전경(foreground) 이미지로 불린다. 예를 들면, 칼라 또는 명암 단계 문서 이미지(gray-scale document image)가 일반적인 사진 복사기 또는 스캐너 장치에 적용될 때, 확장(enhancement), 압축(compression) 등과 같은 유효한 이미지 프로세싱 작업을 위하여 배경 이미지 및 전경 이미지로 분해될 수 있다. 이러한 관계에서, 이 작업은 흔히 디스크리닝(descreening) 작업으로 불린다. 또한 이 디스크리닝은 원래 스캐닝된 이미지로 존재할 수 있는 하프톤 패턴(halftone patterns)을 제거하도록 때때로 적용된다. 예를 들면, 이 하프톤 패턴은 적당히 제거되지 않으면 사람의 눈에 거슬리는 아티펙트(objectionable artifacts)를 발생시킬 수 있다. 이 분해 또는 디스크리닝에 대한 일반적인 접근은 블러링(blurring)하기 위하여 칼라 이미지를 여과하는 것이다. 또한 이렇게 블러링된 결과는 분해를 생성하기 위하여 얼마나 이미지를 블러링하고 첨예화했는지를 결정하는 것을 돕기 위하여 사용된다. 일반적으로, 대칭 피라미드 필터를 사용하여 상기 블러링(blurring)은 달성될 수 있다. 대칭 피라미드 유한 임펄스 응답(symmetric pyramid finite impulse response)(FIR)은 공지되어 있다.

그러나, 이 이미지 프로세싱 기법의 한가지 단점은 다른 크기의 다수의 피라미드 필터가 바로 설명된 바와 같이 상기 기법을 적용하도록, 복합의 블러링된 이미지를 생성하기 위하여 병렬하여 적용될 때, 복잡성(complexity)이 수 배로 증가될 수 있다는 것이다. 이 복합 피라미드 필터링 접근 방법에 대한 브루트 포스 접근 방법(brute force approach)은 도 1에 예시된 바와 같이, 복합 FIR 필터를 병렬로 사용하는 것이다. 상기한 접근 방법은 하나의 소스 이미지로부터 병렬로 다른 블러링된 이미지를 생성하기 위하여 고속 "대칭 피라미드 필터링"의 설계 및 구체화가 바람직할 수 있다는 것을 설명한다.

도 1의 각 FIR 블록의 괄호 안에 제공된 숫자는 대응하는 길이의 피라미드 필터를 나타낸다. 예를 들면, (1,2,1)은 길이 3의 순서의 대칭 피라미드 유한 임펄스 응답(FIR)에 대한 필터 계수이다. 마찬가지로, (1,2,3,2,1)은 차수 5, 등의 FIR 피라미드 필터에 대한 계수이다.

불행하게도, 도 1에서 설명된 접근 방법은 문제점을 가지고 있다. 예를 들면, 과다한 계산으로 인해 비능률이 발생될 수 있다. 마찬가지로, FIR 구현에는 흔히 승산 회로(multiplier circuits)를 사용한다. 이를 구현하기 위해, 시프팅(shifting) 및 가산(summing) 회로와 같은, 승산의 사용을 감소시키거나 또는 방지하는 방법이 있지만, 이 경우에는 클록킹(clocking)을 증가시켜 결과적으로 회로의 처리량(circuit through-put)을 감소시키게 된다. 따라서, 피라미드 필터링 구체화 및 구조를 개선할 필요가 있다.

다음의 상세한 설명에서는, 청구된 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 많은 특별한 사항들이 설명된다. 그러나, 이러한 특별한 사항들이 없이도, 청구된 본 발명이 실시될 수 있다는 점은 본 분야의 숙련된 사람들에게는 이해될 것이다. 다른 경우에 있어, 공지의 방법, 절차, 콤포넌트 및 회로는 청구된 본 발명을 불명료하게 만들지 않도록 하기 위하여 상세히 기술되지 않았다.

이미 기술된 바와 같이, 피라미드 필터링, 특히 대칭적인 피라미드 필터링은, 예컨대 배경 및 전경(foreground) 이미지 쪽으로 상기 이미지를 분해하거나 디스크린(descreen)하기 위하여 칼라 이미지 또는 칼라 이미지 처리와 관련하여 사용될 수 있다. 비록 상기 청구된 본 발명이 이러한 관점에서 그러한 문맥으로 범위가 국한되지는 않지만, 연산의 복잡성 또는 처리 및/또는 하드웨어 비용을 줄이는 피라미드 필터링 기술은 특히 바람직하다. 마찬가지로, 증배기가 없는, 즉 실시에 있어 승산을 특히 사용하지 않는 실시는, 그러한 실시 또는 실시예가 승산을 사용하는 회로를 사용하거나 포함하는 것보다 일반적으로 비용이 저렴하기 때문에 또한 바람직하다.

고려된 본 발명은 본 명세서의 결론 부분에서 특정적으로 지적되고 명확하게 청구되어 있다. 그러나, 목적, 특징 및 이점과 더불어 구성 및 작용 방법에 대한 청구항들은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다.

도 1은 유한 임펄스 응답(FIR) 다중 피라미드 필터링 기술을 실행하기 위한 브루트 포스(brute force)의 설명하는 블록 다이어그램이다.

도 2는 롤링 합산 필터(RSF)의 일 실시예의 부분이다.

도 3은, 도 2의 콤포넌트 또는 하부 콤포넌트의 일 실시예이다.

도 4는 증배기가 없는 피라미드 필터의 실시예로 도 2의 실시예이다.

도 5는 롤링 합산 필터의 일 실시예에 해당하는 연차적인 일련의 상태 변수 신호 샘플을 보여주는 테이블이다.

도 6은 피라미드 필터의 일 실시예에 해당하는 연차적인 일련의 필터링된 출력 신호 샘플을 보여주는 테이블이다.

청구범위의 주제가 이러한 범위로 제한되지는 않더라도, 도 2는, 이하에서 보다 상세히 설명되고 제안된 피라미드 필터(proposed pyramid filter)를 구현하는데 이용될 수 있는 롤링 합산 필터(Rolling Summation Filter : RSF)" 구조에 관한 일실시예(200)를 도시하고 있다. 본 실시예(200)는, 길이 3, 5, 7 등의 서로 다른 차수를 갖는 일련의 합산 필터에 대하여, 합산되는 상태 변수 신호의 배수 스트림(S₂, S₃, S₄,...S₇)을 생성하는 일체형 캐스케이드형(cascaded) 롤링 합산 필터링 구조를 보여주고 있으며, 이때 상태 변수 신호 스트림의 발생은 병렬로 이루어진다. 이와 같은 특정 실시예에 있어서, 청구범위의 주제가 이러한 범위로 제한되지는 않더라도, 구현되는 서로 다른 차수의 각 필터에 대하여 매 클록 사이클마다 필터링된 상태 변수 신호 스트림이 생성된다. 그러므로, 이러한 특정 실시예는, 계산적으로 효율적일 뿐만 아니라, 처리량의 관점에서도 좋은 결과를 가져온다. 이하에서 보다 상세히 설명되는 것과 같이, 도 4에 도시된 피라미드 필터형 출력 신호 스트림을 생성하는데 상태 변수 신호 스트림이 이용될 수 있다.

도 2를 특정 표기법에 의해 이해할 수 있다. 예컨대, 입력 소스 신호(X)를 다음과 같이 표시할 수 있다.

X = (x₀, x₁,...x_i-2, x_i-1, x_i, x_i+1 , x_i+2,...)

디지털 또는 이산 신호 처리에 있어서, 필터링은 입력 신호(X)와 필터(F)의 콘벌루션(convolution)(ⓧ)으로 표시될 수 있으며, 이에 관련하여 고정 길이의 디지털 필터는 본 명세서에서 고정 임펄스 응답(finite impulse response : FIR) 필터라 불린다. 그러므로, 필터링된 출력 신호 스트림이 다음과 같이 표시된다.

Y = XⓧF

전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 피라미드 필터가 이용된다. 이들 필터는 일반적으로 홀수(즉, 3, 5, 7, 9 등)의 길이나 차수를 가지는 디지털 필터를 이용하여 구현된다. 이는, 예컨대, M = 2N+1(N은 1보다 큰 양의 정수임)로 표현할 수 있다. 이와 같은 디지털 필터의 몇 가지 예는 다음과 같다.

F₃ = (1,2,1)

F₅ = (1,2,3,2,1)

F₇ = (1,2,3,4,3,2,1)

F₉ = (1,2,3,4,5,4,3,2,1)

...

F_M = (1,2,3,...,N,...,3,2,1)

전술한 필터에 관하여, 필터링된 출력 신호나 출력 신호 스트림은 다음과 같이 표시할 수 있다.

F₃에 의하여 입력 신호(X)를 필터링한 결과는 B³ = XⓧF₃ = (b₀ ³, b₁ ³,...,b_i-1 ³,b_i ³,b_i+1 ³,...)이다.

F₅에 의하여 입력 신호(X)를 필터링한 결과는 B⁵ = XⓧF₅ = (b₀ ⁵, b₁ ⁵,...,b_i-1 ⁵,b_i ⁵,b_i+1 ⁵,...)이다.

F₇에 의하여 입력 신호(X)를 필터링한 결과는 B⁷ = XⓧF₇ = (b₀ ⁷, b₁ ⁷,...,b_i-1 ⁷,b_i ⁷,b_i+1 ⁷,...)이다.

F₉에 의하여 입력 신호(X)를 필터링한 결과는 B⁹ = XⓧF₉ = (b₀ ⁹, b₁ ⁹,...,b_i-1 ⁹,b_i ⁹,b_i+1 ⁹,...)이다.

...

F_M에 의하여 입력 신호(X)를 필터링한 결과는 B^M = XⓧF_M = (b₀ ^M, b₀ ^M,...,b_i-1 ^M,b_i ^M,b_i+1 ^M,...)이다.

이와 달리, 경험적으로 이들 필터링된 출력 신호 샘플을 다음과 같이 표시할 수도 있다.

b_i ³ = x_i-2 + 2x_i-1 + x_i

b_i ⁵ = x_i-4 + 2x_i-3 + x_i-2 + 2x_i-1 + x_i

b_i ⁷ = x_i-6 + 2x_i-5 + 3x_i-4 + 4x_i-3 + 3x_i-2 + 2x_i-1 + x_i

b_i ⁹ = x_i-8 + 2x_i-7 + 3x_i-6 + 4x_i-5 + 5x_i-4 + 4x_i-3 + 3x_i-2 + 2x_i-1 + x_i

마찬가지로, 본 문서에서 상태 변수로서 언급된 것을 도입함으로써, 상기 표현들은 다음과 같이 다시 표현될 수 있다.

b_i ³ = x_i-1 + s_i ³, 여기서 s_i ³ = x_i-2 + x_i-1 + x_i

b_i ⁵ = b_i-1 ³ + s_i ⁵, 여기서 s _i ⁵ = x_i-4 + x_i-3 + x_i-2 + x _i-11 + x_i

b_i ⁷ = b_i-1 ⁵ + s_i ⁷, 여기서 s _i ⁷ = x_i-6 + x_i-5 + x_i-4 + x_i-3 + x _i-2 + x_i-1 + x_i

b_i ⁹ = b_i-1 ⁷ + s_i ⁹, 여기서 s _i ⁹ = x_i-8 + x_i-7 + x_i-6 + x_i-5 + x _i-4 + x_i-3 + x_i-2 + x_i-1 + x_i

나중에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 도 4를 살펴보면, 연산된 출력 신호 스트림, B₃, B₅, B₇, B₉ 등은 도 4에 도시된 상기 실시예의 일부로서 도 2에 설명된 상기 실시예를 사용함으로써 생성될 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 5는, 도 2에서 설명되고 도 3과 연관되어 보다 상세히 기술된 바와 같이, 각각 생성된 일련의 상태 변수 신호 또는 상태 변수 신호 스트림, S₂, S₃, S₄,..S₇를 설명하는 테이블이다. 마찬가지로, 도 6은 일련의 필터된 출력 신호 스트림, B₃, B₅, B₇ 등을 보여주는 테이블이다. 도 4에 설명된 바와 같이, 이러한 출력 신호 스트림은 275, 285 및 295와 같은 가산기와 270, 280 및 290과 같은 지연을 사용함으로써 생성된다.

필터링된 출력 신호 스트림 B₃, B₅, B₇을 제공하는 것 외에, 도 6의 표는 상태 변수 신호 샘플 스트림을 형성하기 위해 도 2에 나타낸 피라미드 필터 구조 실시예에 가해지는 것으로서 클록킹의 순서로 이들 필터링된 출력 신호 스트림이 발생되는 것을 예시한다. 전술한 바와 같이, 출력 신호 스트림은 x_i 및 s_i와 같은 신호 샘플, 즉 이하에서 더욱 상세하게 설명하는 입력 신호 샘플 및 상태 변수 신호 샘플로부터 형성될 수 있다.

도 6에 나타내는 표는 b_i ⁷이 전술한 식에 따라 s_i ⁷에 입력 신호 b_i ⁵를 더함으로써 생성되는 것을 예시한다. 신호 b_i ⁵는 1클록 사이클만큼 지연된다. 이것은 예를 들어 지연 부재 또는 도 4의 디지털 지연 장치(290)에 의해 달성된다. 그러므로, 1클록 사이클만큼 지연되는 출력 신호 샘플 B₅는 출력 신호 샘플 B₇을 발생시키기 위한 상태 변수 신호 샘플 S₇로 간주된다. 마찬가지로, 디지털 지연 장치(280)는 출력 신호 샘플 스트림 B₅를 발생시키기 위해 사용된다. 마찬가지로, 입력 신호 샘플 스트림 X는 지연되고 피라미드 필터 출력 신호 샘플 스트림 B₃으로 간주된다.

도 2에 나타낸 RSF 구조의 실시예는 도 3에 참조부호 300으로 나타낸 것과 같은 구성요소 또는 하부 구성요소의 실시예를 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 도 3에 나타낸 실시예(300)는 3개의 지연 장치(310, 320, 330) 및 3개 입력 포트의 통합 장치(adder)(340)를 구비하는 구성요소를 포함한다. 3개의 입력 또는 3개의 입력 포트 통합 장치는 본 실시예에 고속화를 제공하기 위해 사용된다.

본 실시예에서, 지연 장치 및 통합 장치는 결합되어 입력 신호 샘플 또는 신호 샘플 스트림으로부터 높은 차수 필터링된 상태 변수 신호 샘플 또는 신호 샘플 스트림 및 낮은 차수 필터링된 상태 변수 신호 샘플 또는 신호 샘플 스트림을 형성하도록 한다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 실시예를 참조하면, x_i는 입력 신호 샘플 또는 신호 샘플 스트림을 포함하고, s_i ^2k-1은 낮은 차수 RSF 필터링된 상태 변수 신호 샘플 또는 신호 샘플 스트림을 포함하며, s_i ^2k+1은 높은 차수 RSF 필터링된 상태 변수 신호 샘플 또는 신호 샘플 스트림을 나타낸다. 그러므로 본 실시예에서는, 높은 차수와 낮은 차수 상태 변수 신호 샘플 또는 신호 샘플 스트림 사이의 차수 차이가 2이며, 본 발명은 물론 이것에만 한정되지 않는다.

도 4는 도 2에 나타낸 RSF 구조의 실시예를 포함하는 피라미드 필터의 실시예에 대한 개략도이다. 도 4에서, RSF 구조 실시예는 참조부호 200으로 나타내었다. 그러므로, 도 4에는 나타내지 않았지만, 참조부호 200은 도 2에 나타낸 것과 같은 참조부호 210, 220 또는 230과 같은 구성요소 또는 하부 구성요소를 포함한다. 도 4에 나타낸 실시예는 집적회로(400)에 적용되었지만 본 발명은 이것에만 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.

물론, 본 발명은 전술한 의 본 실시예에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 하나의 실시예는 하드웨어일 수 있으며, 다른 실시예는 소프트 웨어일 수 있다. 마찬가지로, 실시예는 펌웨어일 수 있거나, 예를 들어 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어의 임의의 조합일 수 있다. 마찬가지로, 본 실시예에만 한정되지 않는 본 발명의 하나의 실시예는 저장 매체와 같은 품목을 포함할 수 있다. 이러한 저장 매체는 예를 들어 사용 방법이 자체에 저장된 CD-ROM 또는 디스크 등이고, 컴퓨터 시스템이나 플랫폼, 또는 이미징 시스템과 같은 시스템에 의해 실행되었을 경우, 전술한 바와 같이, 예를 들어 이미지 또는 비디오의 필터링 또는 처리 방법의 실시예와 같은 결과를 가져올 수 있다. 예를 들어, 이미지 처리 플랫폼 또는 이미징 처리 시스템은 이미지 처리 장치, 비디오 또는 이미지 입/출력 장치 및/또는 메모리를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 임의의 형태를 예시하였지만, 당업자들은 이에 대하여 변형, 대체, 변경 및 대응이 가능하다. 따라서 청구범위는 본 발명의 사상 내에 있는 이러한 모든 변형 및 변경을 포함한다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (22)

1. 롤링 합산 필터(rolling summation filter)를 포함하는 피라미드 필터(pyramid fillter)를 포함하고,

   상기 롤링 합산 필터는, 일련의 캐스케이드형 유닛을 포함하며,

   상기 일련의 캐스케이드형 유닛의 각각은 상이한 차수의 상태 변수 신호 샘플 스트림(state variable signal sample stream)을 생성하는 것을 특징으로 하는 집적회로.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 유닛은 증배기가 없는(multiplierless) 유닛인 것을 특징으로 하는 집적회로.
4. 제3항에 있어서,

   상기 증배기가 없는 유닛 중 적어도 하나는 3개의 지연 유닛(delay unit)과 가산기(adder)를 포함하며,

   상기 지연 유닛과 상기 가산기는 입력 신호 샘플 스트림 및 낮은 차수의 상태 변수 신호 샘플 스트림으로부터 높은 차수의 상태 변수 신호 샘플 스트림을 생성하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 집적회로.
5. 제4항에 있어서,

   상기 가산기는 3개의 입력 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로.
6. 제4항에 있어서,

   상기 높은 차수 상태 변수 신호 샘플 스트림과 상기 낮은 차수 상태 변수 신호 샘플 스트림 사이의 차수 차이가 2인 것을 특징으로 하는 집적회로.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 필터를 이용하여 제1차수의 필터링된 상태 변수 신호 샘플 스트림을 생성하는 방법에 있어서,

    상기 제1차수보다는 작은 제2차수의 필터링된 상태 변수 신호 샘플 스트림을 지연시키는 단계, 및

    입력신호 샘플 스트림을 가진 상기 지연된 상태 변수 신호 샘플 스트림 및 상기 입력신호 샘플 스트림의 지연된 버젼(version)을 합산하는 단계

    를 포함하는 상태 변수 신호 샘플 스트림의 생성 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 제1차수와 상기 제2차수 사이의 차이가 2인 것을 특징으로 하는 상태 변수 신호 샘플 스트림의 생성 방법.
13. 제11항에 있어서,

    상기 지연된 상태 변수 신호 스트림은 2 클록 사이클(clock cycle)만큼 지연되고, 상기 입력신호 샘플 스트림의 지연된 버젼은 1 클록 사이클만큼 지연되는 것을 특징으로 하는 상태 변수 신호 샘플 스트림의 생성 방법.
14. 명령들을 저장한 저장 매체로서,

    상기 명령들은, 실행시에,

    상기 제1차수보다 작은 제2차수의 필터링된 상태 변수 신호 샘플 스트림을 지연시키는 단계, 및

    상기 지연된 상태 변수 신호 샘플 스트림을 상기 입력 신호 샘플 스트림 및 상기 입력 신호 샘플 스트림의 지연된 버젼과 합산하는 단계

    에 의해, 상기 제1차수의 필터링된 상태 변수 신호 샘플 스트림을 생성하는 명령인 것을 특징으로 하는 저장 매체.
15. 제14항에 있어서,

    상기 명령은, 실행시, 추가적으로 상기 제1차수 및 상기 제2차수 사이의 차이가 2가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 저장 매체.
16. 제14항에 있어서,

    상기 명령은, 실행시, 추가적으로 상기 지연된 상태 변수 신호 스트림이 2 클록 사이클만큼 지연되도록 하고, 상기 입력신호 샘플 스트림의 지연된 버젼이 1 클록 사이클만큼 지연되도록 하는 것을 특징으로 하는 저장 매체.
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제

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