TW416249B - Method and apparatus for low cost line-based video compression of digital video stream data - Google Patents

Description

416242 A7 經濟部智慧財產局貝工滴费合作社印製 五、發明說明（i ) 發明背景 本發明大致係關於影像處理，更特別是關於一影像壓 縮演算法，其用以於一主機及—數位影像相機之間的有限 頻寬鏈結之上，增加資料產量β 先前技藝之描述 一數位影像代表一個二維陣列之取樣點，其中每個取 樣點稱爲一像素。精確度決定多少個明暗度準位能被表現 出來’且其以位元數/取樣點來表示。影像之解析度係指 重製精密細微部份之能力。較高解析度需要更複雜的影像 系統’以即時表現該些影像。於影像系統中，解析度係指 於顯示螢幕面之上所解析之線對數目，其係以每個圖像高 之循環數，或每個圖像寬之循環數作表示。全移動影像係 特微化爲至少2 4赫芝/秒，而對於高畫質電視而言爲3 〇甚至6 0楨/秒。對於動畫而言，可接受之楨率係於1 5至1 9楨/秒之範圍；而對於影像電話，其爲5至1 〇 楨/秒。視訊會議及互動式多媒體應用則需要1 5至3 〇 楨/秒。 商業影像應用係出現於數位廣播電視、C D影像、多 媒體、視訊電傳會議系統、動態醫學影像裝置及高畫質電 視。影像應用係時間急迫、需要計算且資料密集的，且需 要能以影像壓縮來完成之大量資料集之儲存及傳輸。欲達 成數位影像所需之壓縮比係牽涉到個別影像之處理，以移 除空間之冗餘。 最近之靜態及影像相機的型式係固態相機，其將矽晶 4 ----I I . I ---il — 1 -- f锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 本紙張尺度適用中固®家標準（CNS)A4規格（210 X 297公* ) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 41624s A7 B7 五、發明說明（〆） 片用於影像資料陣列。因爲相機及晶片之尺寸應保持於小 的狀態，這些相機必須使由相機轉移至一伴隨主影像處理 裝置的取樣影像資料數目保持於低的狀態。此外’數位影 像相機的廣大消費者係慣以每秒3 0幀之幀率於電視上觀 看視訊影像。於數位影像相機及主系統之間’現行可取得 的匯流排具有每秒小於8幀的有限頻寬’其限制能由相機 轉移至主機且能提供之模糊圖像的影像幀的數目°該些匯 流排並不允許即時影像資料傳輸3 爲了吸引一般消費者購貿數位相機，經由一介於相機 與主機之間的低頻寬傳輸通道的資料產量必須藉助壓縮而 予以改進。即時影像處理目前牽涉至少三種取捨：性能對 影像解析度、性能對儲存量大小’及性能對輸入及輸出頻 寬。性能的品質係受成本所影響。昂貴的壓縮機制’諸如 MP E G，係不適合於低成本單晶片相機。對於一壓縮演 算法之性能的基本量測係壓縮比’其係定義爲原始資料大 小與壓縮後資料大小之比値。在壓縮比與圖像品質之間存 在取捨。較高之壓縮比會產生較低的圖像品質◊壓縮之品 質亦能根據來源影像特性及景物內容而變。 因此，在影像幀傳輸至主電腦之前’藉由施加影像壓 縮至數位影像流，而能改善數位影像相機及主電腦之間的 資料頻寬之低成本方法是有其需要’其能即時產生陡峭、 高品質的彩色影像。再者，能夠轉移每秒3 0個幀的小型 且不昂貴的數位固態影像相機是有其需要。這些相機必須 具有一低閘數目及低功率需求，使得相機的大小及成本最 5 本紙張尺度適用中國S家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1. ---- * -------^ ί 11-- (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消f合作杜印製 41624B A7 B7 五、發明說明（？） 小。 發明之目的及槪要 本發明之一個主要目的係克服與習知技藝相關的上述 缺點，且提供一使用低成本影像壓縮方法之影像處理裝置 ，該方法能即時產時陡峭'高畫質彩色影像。 本發明之另一個目的係提供一於Y域及C 實施分離壓縮之壓縮方法° 本發明之又一個目的係提供一具有最小計算複雜度且 能以硬體實現之壓縮方法。 本發明之再一個目的係提供能夠轉移超過每秒2 0個 影像楨之小型且不昂貴的數位固態影像相機’其具有低鬧 數目及低功率需求。 本發明之這些及其他目的及優點係藉助一於一數位固 態影像裝置中實現的影像壓縮方法而達成，用以於數位® 態影像裝置及主電腦之間鏈結之上，將數位影像資料之^ 量最大化。本發明之較佳方法係於線接著線之基礎下’胃 施影像資料之分離亮度（Y)域壓縮，且不儲存影像資料 線，且於一區域接著區域之基礎下，實施均分影像資料之 分離色度（C I· / C b )域，且不儲存影像資料於影像楨 之中。該Y及Cr/C b域之壓縮步驟係以數位jg|態影像 裝置更體實現，用於該壓縮影像資料至主電腦之即時鍵結 傳輸。 更明確而言，本發明之方法係實施於諸如〜 之數位影像裝置的像素處理控制器，以Y C b c r爲4 : 6 本紙張尺度適用中囲國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I I------------ i i I 訂111111 — -峻 (請先蘭讀背面之注意ί項再填寫本真> A7 416242 ____B7__ 五、發明說明（TV ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 : 0或4 : 2 : 2之格式於同時運輸模式之下工作，且 適合於具有同時管線之有限頻寬匯流排，一個傳輸Y域値 而另一個傳輸C r/C b域之値。根據像素亮度値之差異 及附加像素之間之長度，該Y域壓縮模組適於決定影像線 中之像素，其係以像素接著像素之基礎下附加。根據像素 亮度値之差異及附加像素之間之長度，該C r/C b域壓 縮模組適合對於複數個C r位置計算一單一平均値，亦適 合對於複數個C b位置計算一單一平均値。舉例而言，該 C r/C b域壓縮模組可獲得在4 : 2 : 0格式中4個C r値之每一個的單一C r値，及在4 : 2 : 0格式中1 6 個C b値的每一個之單一C b値；或者在4 : 2 : 2之格 式中8個C r個的每一個之單一C r値，及32個Cb値 之每一個的單一*C b値。 該壓縮後之資料，在傳輸至主電腦之前.，可被編碼成 分別在Y域及C r/C b域爲連鎖碼。該於C r/C b域 之連鎖可產生交替之只有C r線及C r/C b線，其中， 每一個只有C r線僅具有C r値，而每一個C r/Cb線 具有交替之C r及C b値。 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 圖式簡單說明 本發明之被確信爲新穎的目的及特點特別說明於後附 之申請專利範圍。本發明之架構及運作方式，以及進一步 的目的及優點，在參考下列說明及後附圖式，可獲得最佳 的瞭解。 第1圖係Y、C r及C b取樣點於一交錯圖像之掃瞄 7 本ϋ尺度適用令國國家標準（〇^S)A4規格（210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 416242 A7 B7 五、發明說明（<) 線上的位置之示意圖’其係用於傳統之4: 2 : 2 Y c b C r之格式；- 第2圖係於一用於第1圖之4 : 2 : 2YCbCr格 式的幀緩衝器之中的位置之示意圖； 第3圖係Y、C r及Cb取樣點於一非交錯圖像之掃 瞄線上的位置之示意圖，其係用於傳統之4 : 2 : 0 Y C b C r之格式； 第4圖係本發明一個方法實施例之流程圖之示意圖； 第5圖係根據本發明之一較佳實施例的數位影像相機 、一主機及其之間鏈結之示意圖； 第6圖係根據本發明之一較佳實施例的貼標籤機制之 示意圖，該貼標籤機制係在Y域上於一C I F尺寸影像幀 之一單一主動影像線上實施； 第7及8圖係根據本發明之一較佳實施例’顯示實施 於C r/C b域之上的平均機制之示意圖。 較佳實施例之詳細說明 下列說明係提供作爲使任意熟悉本項技藝人士能夠實 施及使用本發明，且說明發明人意欲實現其發明之最佳模 式。然而，許多的修改對於熟悉本項技藝人士而言係容易 而明顯的，因爲本發明之一般原理係於此明確地定義，以 提供一用以最大化於一有限頻寬鏈結上數位影像資料之產 量的裝置及方法，該有限頻寬鏈結係介於一主機及一數位 影像相機之間，其較佳係使用γ C b C Γ彩色系統。 該Y C b C r彩色系統係於一世界聞名之數位元件影 I--------訂---------線 1 <諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) >•紙張尺度適用*P國國家揉準（CNS)A4规格（21〇 x 297公絮y A7

41624S ____B7_ 五、發明說明（（^ ) 像標準的發展期間，被發展作爲ITU — RBT‘ 601 建議書之一部份。Y値定義爲具有1 6至2 3 5之額定範 圍，C b和C r定義爲具有1 6至2 4 0之範圍，而第1 2 8階係對應於0.。其存在著幾種Y C b C r取樣格式， 諸如 4:4、4:2:2、4:1:1及4:2:0。 第1圖說明於一交錯圖像之掃瞄線上Y、C b及C r 樣本點之位置，其係用於4 : 2 : 2 Y C b C r的格式， 通常係用於消費者影像應用，於此系統中，每個樣本點具 有一個Y、一個c b及一個C r値。對於每兩個水平Y樣 本點而言，存在著一個C b及一個C r樣本點。每個樣本 點典型地於消費者應用具有8位元/成份，或是於編輯應 用1 0位元/成份。假如使用對於每一像素具有所有3個 彩色成份之幀緩衝器，則於消費者應用之每一個樣本點因 而需要1 6位元/像素或2 0位元用於編輯應用，其通常 格式化如第2圖所示，其中像素號碼係給定於虛線之後。 爲了顯示起見，該未儲存C b及C r資料之Y樣本點，典 型地必須由具有C b及C r資料之前一個及後一個的樣本 點，使用內插之C b及C r資料。 第3圖顯示4 : 2 : 0編碼之圖像取樣，其Y、C b 及C r樣本點之位置係於一非交錯圖像之掃瞄線上，使用 於4:2:OYCbCr之格式，而爲H·261及H. 2 6 3影像遠距會議標準及MP E G影像壓縮標準所運用 。該4 : 2 ·· OYCbCr之格式實現了在垂直及水平兩 個方向上，C b及C Γ之2 : 1縮減。 9 本紙張尺度適用中國困家標翠（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — 1! ——— — — — II ^ *11 — — —— — —^ <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消f合作社印製 A7 41624s ___B7 _ 五、發明說明q ) 於本發明之較佳實施例中所實施之影像壓縮方法較佳 地係操作於Y CbCr4:2:0或4:2: 2格式模式 ，且應用於4 : 2 : 0或4 : 2 : 2資料流，雖然其亦能 操作於其他彩色系統及格式模式。因爲藉由不將彩色及亮 度資訊混合在一起，可保留影像較佳之傳真度'’，該方法較 佳係操作於具有分離色度及亮度信號之數位影像相機。因 此，該較佳之方法操作於兩個分離域，該Y (亮度）域及 該C r/C b (色度）域。 本發明之較佳方法的流程圖係示於第4圖。該方法一 次操作於一影像線，因此不需要長的幀緩衝器用於其實施 。當應用於Y域，該方法之操作係即時的，且視每一個水 平線爲一分離的實體，且係像素接著像素爲基礎的。因此 ，於Y域之中，並沒有幀間或線間資料之相關，因爲在匯 流排上之傳輸之前並不需要儲存資料，且不需要線緩衝器 ，因而節省空間、成本及傳輸時間。該匯流排可以是串列 之通用串列匯流排（u S B )或是其他匯流排。該方法係 基於：於一影像線上，根據其亮度（Y)値的差異而將像 素貼標籤。用以偵側像素之間亮度値改變的臨限値可被事 先決定或者係可程式化的，如示於步驟1 3。該臨限値控 制影像品質，且臨限値越低，則影像品質越佳。於步驟1 5中，像素之Y値一個接一個被接收，而決定像素是否被 貼標籤係決定於步驟1 7。該Y域壓縮係於步驟1 9中實 施。 於該C r/Cb域之中，一平均步驟2 1係用以獲得 10 $紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) (請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) 裝-----訂---- 蝮 經濟部智慧財產局貝工消f合作社印製 416242 A7 B7 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 五、發明說明（多） 用於傳輸影像塊之平均c r及C b値。因此，於該C Γ/ C b域之中，示於第5圖之線緩衝器2 4需要該平均步驟 2 1，且該線緩衝器2 4用於保持一個，至多二個數位化 像素資料線β此外，爲了防止於顯示之影像上出現條紋， 包含像素資訊之傳輸領域的最大尺寸係在步驟13受到限 制至一有限及可程式化的値。 本發明之較佳方法係於一數位影像相機10之內實現 ，該數位影像相機1 0係經由一匯流排3 0附接至一主電 腦2 8，如第5圖所示。該主電腦較佳係一個人電腦，其 能處理快速計算及儲存大量資料。該數位電子相機1 0具 有一影像感測器陣列1 2，該影像感測器陣列1 2可被一 稱爲色彩濾波器陣列（C F A) 1 4之色彩濾波器馬賽克 。本發明之方法亦可應用於單色攝像器，該種情況下並無 C r及C b資料。 於數位影像相機1 0之中，由影像感測器陣列1 2而 來之類比訊號，使用一類比至數位轉換器1 6而予以數位 化。該數位影像相機1 0於本發明之中包含其本身之像素 處理控制器（P P C) 2 6，該像素處理控制器（P P C )2 6較佳係一特定應用積體電路（A S I C )晶片，其 具有一Y域壓縮模組2 0用以將像素位置貼上標籤，及一 C I* / C b域壓縮模組2 2用以平均C r及C b値。假如 有需要，該像素處理控制器2 6亦可使用，以將影像資料 由相機之彩色系統（諸如紅綠藍）轉換至另一個彩色系統 ，諸如Y C b C r，其中該亮度及色度値係分離的，且可 I i 1 P . I--I ---訂 *--HI —--竣 (琦先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 297公釐） 416242 a? B7 經濟部智慧財產局貝工消货合作社印製 五、發明說明（I ) 實施壓縮至4:2:2或4:2:0之格式。 該像素處理控制器晶片2 4具有一有限尺寸板上資料 儲存區域2 9，以儲存影像壓縮所需之有限數量資料値及 參數。該板上資料儲存區域2 9之尺寸係直接相關於步驟 1 3之中，爲了被貼標籤像素之間所允許之最大像素數目 而選出之一預先決定値。該最大像素數目必須保持小的， 以獲得良好的解析度，且較佳係只有8至1 6像素。於壓 縮之後，該資料傳輸至該主電腦2 8，該主電腦2 8具有 一匯流排控制器3 4、一微處理器3 8及一資料儲存區域 3 6。該主電腦2 8，在顯示影像幀於一顯示器4 0上之 前，必須實施由Y C b C r域至R G B域之資料壓縮及資 料轉換。 本發明之較佳方法係使用一Y域壓縮演算法及一 C ! /C b域壓縮演算法。第6圖說明，根據本發明之較佳方 法，Y域貼標籤係如何於一C I F尺寸影像幀之單一主動 影像線之上實施。於線上之主動像素係被表示爲接踵而來 的像素1至3 5 2，其係以符號Y i :表示。Y t表示先 前被貼標籤像素之Y値。Lt代表與被貼標籤像素Y t有關 之長度，該變數L t具有以步驟1 5之計數器所獲得之値 ’且代表由最後被貼標籤的像素而來的像素數目。Y t h 代表用於貼標籤之臨限値，較佳係與Y t，及在相機資料 儲存區域2 9中之L t値儲存在一起。 該Y壓縮演算法於步驟1 7中，計算介於接連而來之 像素Y i値及先前貼標籤像素之γ t値之間的差之絕對値 ^______ 12 主—紙張尺度&用4國家標準（CNS)A4規格（21Q X 297公爱） i ---- ·!ι — ！^·!1—---Μ <請先閲讀背面之泫意事項再填寫本頁>

41624S A7 B7 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製 五、發明說明（) 。假如差之絕對値超過臨限値γ t h ’其較佳由主電腦3 8所設定，則該進來之像素的Y i値及從最後貼標籤像素 (長度L t )而來之像素數目被儲存於該相機之像素處理 控制器晶片2 6的資料儲存區域2 9之中。該像素成爲新 的被貼標籤像素，且該程序重複於新的像素’直到到達目 前影像線之末端。於步驟5 0之中1該貼標籤像素之亮度 値及長度値傳送至主電腦2 8，其中’其係用於儲存於主 資料儲存區域3 6之解壓縮及內插軟體程式6 0 ’經由複 製及/或影像線上貼標籤像素之間的値之內插而重建影像 。該程序係重複用於下一條影像線之上。 該主電腦2 8由該相機1 〇接收壓縮之影像流’且使 用兩個在內插軟體程式6 0之中之演算法’以解壓縮及重 新產生原始之4:2:0或4:2:2之影像。這些演算 法分別應用於Y域及C r/Cb域。於C r/Cb域中之 解壓縮係與下列敘述之平均方法相反。於Y域之中’該解 壓縮包括貼標籤像素之間的內插，其可基於Y域之長度値 ，拷貝單一像素複數次而完成。 第6圖說明一單一主重影像線’其中’空白圓圏表示 進來的像素Y i 6 3，其係由一群像素Y i至γ 3 5 2之 中選出來，而有陰影之圓圈表示貼標籤像素Y t 1 6 5及 Y t 2。L t 1及L t 2表示與每一個貼標籤像素6 5有 關之長度値6 7。舉例而言，該貼標籤像素Y t 1具有長 度L t 1爲3，因爲其具有3個與其有關之像素，而Y t 2具有長度L t 2爲2。 13 本纸張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） IIJIIIIH! 裝--- I I--—訂·--------繞 (請先閱讀背面之注§項再填寫本頁) A7

41624S ___ _R7__ 五、發明說明（) 本發明之影像壓縮方法的目的係將傳輸至主電腦的貼 標籤像素的數目予以最小化’及縮短傳輸域大小。因此’ 假如每一個貼標籤像素之長度保持在16像素之上’則其 能以4位元之域表示。爲了進一步增加最大長度之大小， 於一範圍內代表與一貼標籤像素有關之像素數目可以在相 機1 0之中編碼，其係在步騾1 9之後，且於主電腦2 8 之中解碼。此外，本發明之γ域壓縮方法的實際實現可能 需要特殊限制之使用，諸如關於影像線之起始及結束。 第7及8圖顯示用於該C r/C b域之平均機制’其 用於一平均步驟2 1，且於數位相機像素處理控制器2 6 之C r/C b壓縮模組2 2之中實施。於該c r/c b域 之中’較佳地，於4 : 2 : 0格式之中計算4個C r値之 平均値作爲一單一之C r値，而於4 : 2 : 2格式之中則 計算8個C Γ値的平均値單一 C b値被計算出，以代 表一群像素之所有C b値。於一8 X 8像素之區塊中，較 佳係有16個Cb値於4 : 2 : 0之格式之中，及3 2個 C b値於4 : 2 : 2之格式之中。雖然平均將減少色彩資 訊之準確度，但是其在許多影像應用之形態之中係允許的 ，諸如視訊會議。假如資料係爲4 : 2 : 2之格式，則必 須對C Γ及c b資料實施第4圖之方法步驟1 1的4 ·· 2 :2至4 : 2 : 0格式之壓縮。γ値於4 : 2 : 2及4 · 2:0格式之間並不改變。 步驟2 1之演算法於每~ c r/C b域之區域實施平 均，且得到每一區域之單一ς r及單一値。於4 : 2 14 本紙張尺度冑鮮（CNS)A4 祕(210^97^¾^----- Ϊ ) — — — III — — — ί 1 ! —^_ ! 1 I ! *^ {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 經濟部智慧財產局具工消t合作社印製 41624S a7 B7 — 五、發明說明（〆） :0之格式之中，於Cr域之中該項比値較佳係4·1, 這是因爲4個C r値平均成—單—値’且在0^域之 中該項比値較佳係1 6 : 1 ’這®因爲1 6個0 b値平均 成—單—〇5値。於4 : 2 : 2之格式之中，於C r域之 中該項比値較佳係8 : 1 ’這是因爲8· 平均成— 單一 <3 I*値’且在Cb域之中該項比値較佳係32 · 1， 這是因爲3 2個C b値平均成一單一 C b値β因此，步驟 21之Cr/Cb域之平均演算法需要短的線緩衝器，以 於此壓縮機制之中儲存資料。 第7圖說明本發明之c r域4 : 2 : 0格式之4 : 1 平均，其中，每一個空白圓圈代表Y値8 1，一具“X” 符號之圓圈代表一Cr値831每一個黑圓圈代表—cb 値8 5，而每一個具有“一”符號之圓圈代表—c r値的 平均8 7。於此方法之中，如示於第7圖，4個相鄰C r 値用於產生一單一平均C r値8 7。於步驟5 0之中’該 計算出之平均C r値8 7送至該主電腦2 8 ’且用於影像 線之該區域之中重建該C r値。該影像幀之其餘C r値亦 以相同的方式計算。第8圖說明本發明之C b域4 : 2 : 0格式之1 6 : 1平均，其中，每一個空白圓圈代表一Y 9 1，每一個黑圓圈代表一 C r値9 3，一具有“=”符 號之圓圏代表一 C b値9 5，每一個具有“ + ”符號之圓 圏代表一部份平均C b値9 7，而每一個稍微隱蔽之圓圏 代表一平均C b値9 9。4個相鄰之C b値用於產生一單 一中間平均C b値9 7，如示於第8圖。該中間値9 7與 15 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） ill I 丨 I * 111---—訂·!11竣 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7

41624S _____B7___ 五、發明說明（β) 其他個以類似方式計算出之値一起平均，且該結果送至該 主電腦2 8，用於影像線之該區域之中重建該C b値。該 影像幀之其餘C b値亦以相同的方式計算。 以本發明之較佳方法所獲得之資料可以籍由連結及/ 或編碼該資訊而獲得進一步壓縮。舉例而言，於γ域之中 ，因爲影像中的每一個貼標籤像素較佳係以8位元Y値及 以4位元長度値之長度來表示，該用於2個像素之2個4 位元長度碼可以連結成一單一位元組。類似的方法可用於 C r/C b域，因爲用於每一個幀之Cr及Cb値的數目 係固定的且已知的，且在每一幀中7 2條C r線的每一條 具有8 8個C r値，而在每一幀中3 6條C r線的每一條 具有4 4個C r値。根據本發明之C r/C b壓縮演算法 ，用於一全影像幀之壓縮C r/C b之格式可以有交替之 僅有C r線及C r/Cb線，其中，每一個僅有C r線僅 具有C r値，且其後跟著交替C r及C b値之C r/C b 線β 本發明之原理，使用本發明之較佳實施例並與習知之 影像壓縮方法相比較，已經經由實驗證明》其所獲得的結 果證明本發明之可行性及優越性。本發明之方法係應用於 具有操作於同時傳輸模式之U S Β匯流排的數位影像相機 。該U S Β匯流排係爲一具有2個同時管道之同時匯流排 ’該2個管道係具有有保證且通常爲事先安排之數位資料 傳輸。該匯流排管道可用以分別傳送壓縮的及未壓縮的γ 及C r/C b資料，每個管道用於一個域。 紙張尺1適用中3 @家橾準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) (锖先W讀背面之注意事項再填寫本頁) t---------^ 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 416242 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 _____ B7__ 五、發明說明（吟） 本發明之較佳方法已經應用於以u S B爲基礎之數位 影像相機。該以U S B爲基礎之數位影像相機典型地含有 一外部緩衝器記憶體’且可以提供3種不同模式：沒有外 部緩衝器記憶體，具有3 2干位元組之外部緩衝器記憶體 ，及具有1 2 8干位元組之外部緩衝器記憶體°可以確信 的是··本發明之影像壓縮演算法允許相機傳輸較習知方法 爲高之幀的數目至主電腦’其係根據壓縮比及可使用之υ S Β頻寬。此外’即使在不使用一外部緩衝器記憶體之下 ，或者當只使用一較小的3 2干位元組幀緩衝器’於該相 機與該主電腦之間CIF尺寸之幀的資料傳送已經以較高 速度實施。 本發明之較佳方法能夠實施快速壓縮及解壓縮’且對 於U s Β匯流排所需之一般複雜度的彩色影像，使其能以 一大約3:1的低平均壓縮比作即時傳輸，同時保持高度 的影像陡峭。以此方法，具有每條線3 5 2個像素及每幀 2 8 8條線之C I F尺寸影像幀，能夠以平均每秒2 0幀 至3 0幀之間的速度傳送至主電腦，且具有良好的解析度 。然而，應注意的是，如同其他影像壓縮演算法，實際上 達成之壓縮比係根據特定影像幀序列中之細微部份及移動 的數量β本發明的另一個優點係包括：允許壓縮比因該臨 限値Y t h而改變的特性。此外，當需要擠壓影像序列經 過相當低的頻寬傳輸通道時，諸如對消費者傳送移動影像 ’或者當應用於不需要非常高品質的應用上之時’諸如視 訊會議，可以獲得較高的壓縮比，諸如1 〇 : 1。 我張尺度UTelg家標準（cns) Α4規4 (21〇 κ 297公爱)-- i 11 I ----1--It-----1---邊 (清先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 416249 A7 ____B7 五、發明說明（v<) 於本發明之另一方法之觀點，一幀速率控制演算法被 實現，其與壓縮演算法一起操作’且允許使用者要求、特 定的幀速率。瞭解可使用之匯流排頻寬及主資料儲存區域 3 6之大大小的主電腦2 8，計算爲達到所選擇之幀速率 ，每一個幀所需之位元數。然後’該主電腦2 8計算及設 定最大長度尺寸之値，及Y t h之値，且傳送這些參數至 相機1 0。 本發明之較佳實施例係能以一低的閘數目及功率需求 ，產生數位影像裝置，因此小型，不昂貴，然而能每秒傳 輸3 0個影像幀。 雖然上述說明係針對一個以U S B爲基礎之數位影像 相機，然而可確信的是，亦可應用於使用矽晶片之其他型 式的靜態及影像相機攝像器，諸如c I F攝像器或者是使 用C C D偵側器之相機。必須瞭解的是，本發明之原理特 別可應用於低成本數位影像裝置，該數位影像裝置必須實 施移動的影像壓縮及在有限頻寬之下於一匯流排中傳送樣 本點，且必須在影像作進一步處理及顯示之前實施資料內 插。該種裝置可以是辦公室自動化數位線性感測器、數位 指紋偵測器、數位掃描器、數位廣播電視' c D影像、多 媒體、影像會議系統、桌上型面對面視覺通訊（影像電話 )、動態醫學影像裝置、高畫質電視、匣式影像錄影機、 影印機及傳真機。 熟悉本項技藝人士應可瞭解，在不偏離本發明之範疇 及精神之下，上述較佳實施例之不同改變或修改可以被配 本紙張尺度適用f 0國家摞準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） — II^------ 訂---I-----4t (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁>

41624S A7 B7 五、發明說明（、n 置。舉例而言，雖然本發明於上面所敘述的係使用U s B 匯流排的設備，然而應瞭解的是，本發明之適當修改的特 色可以因於處理不同的匯流排及網路通道，即使是有線光 纖及廣播頻道。此外，示於數位影像相機的係使用Y c b C r系統及C I F尺寸之格式，但是本發明同樣地可應用 於具有其他格式及色彩方法之系統之中，其用於交錯及非 交錯之圖像。因此，應瞭解的是，於後附申請專利範圍之 範疇之內，本發明可以以異於本文特定敘述之方式實施。 {靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------成 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 適 度 尺 張 一紙 本 準 標 公 97 2 X ο S 袼 規 Μ

Claims (1)

1. 41624S Λ V Μ 氬充 _爾 A8B8C8D8 六 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 1 * 一種影像壓縮方法，其用以於一數位固態影像裝 置及一主電腦之間的鏈路上，將數位化影像資料之產量予 以最大化，該方法包含步驟爲： 於線接著線之基礎下，且在不儲存影像資料線或影像 資料幀之下，實施影像資料之亮度（γ)域壓縮；及 於區域接著區域之基礎下，且在不儲存影像資料幀之下’ 實施影像資料之色度（c r/c b )域之平均： 其中’該Y及C r/C b域之壓縮步驟係以數位固態影像 裝置之硬體實現，作爲至主電腦之壓縮影像資料的即時鏈 路傳輸。 2 *如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法’其 中’該鏈路係爲一有限頻寬之U S B匯流排，且該數位固 態影像裝置係爲一以U S B爲基礎之相機，該以U S B爲 基礎之相機包含一具有低閘數目之像素處理控制器，且改 變成體積小、不昂貴，且每秒能夠傳輸3 0幀的影像幀。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法，其 中’該Y域壓縮之步驟包含下列步驟： 決定一用以偵側一影像線之像素之間亮度値改變的臨 限値；根據其亮度値之差，以像素接著像素之基礎，將該 影像線上之像素貼標籤，該貼標籤之步驟包含下列步驟： 計算一進來之像素亮度値與一先前被貼標籤之像素的 亮度値之間的差之絕對値；及 假如該差之絕對値超過該臨限値，則儲存該進來之像 素亮度値作爲一新的被貼標籤像素亮度値，及由先前被貼 1 till—----^--------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填罵本頁} 本紙張尺度適用t國國家螵準（CNS)A4規格（210 X 297公芨) 41624S Λ V Μ 氬充 _爾 A8B8C8D8 六 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 1 * 一種影像壓縮方法，其用以於一數位固態影像裝 置及一主電腦之間的鏈路上，將數位化影像資料之產量予 以最大化，該方法包含步驟爲： 於線接著線之基礎下，且在不儲存影像資料線或影像 資料幀之下，實施影像資料之亮度（γ)域壓縮；及 於區域接著區域之基礎下，且在不儲存影像資料幀之下’ 實施影像資料之色度（c r/c b )域之平均： 其中’該Y及C r/C b域之壓縮步驟係以數位固態影像 裝置之硬體實現，作爲至主電腦之壓縮影像資料的即時鏈 路傳輸。 2 *如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法’其 中’該鏈路係爲一有限頻寬之U S B匯流排，且該數位固 態影像裝置係爲一以U S B爲基礎之相機，該以U S B爲 基礎之相機包含一具有低閘數目之像素處理控制器，且改 變成體積小、不昂貴，且每秒能夠傳輸3 0幀的影像幀。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法，其 中’該Y域壓縮之步驟包含下列步驟： 決定一用以偵側一影像線之像素之間亮度値改變的臨 限値；根據其亮度値之差，以像素接著像素之基礎，將該 影像線上之像素貼標籤，該貼標籤之步驟包含下列步驟： 計算一進來之像素亮度値與一先前被貼標籤之像素的 亮度値之間的差之絕對値；及 假如該差之絕對値超過該臨限値，則儲存該進來之像 素亮度値作爲一新的被貼標籤像素亮度値，及由先前被貼 1 till—----^--------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填罵本頁} 本紙張尺度適用t國國家螵準（CNS)A4規格（210 X 297公芨) 41624S A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 標籤之像素起之像素數目作爲一長度値；及 傳送該新的被貼標籤像素之亮度値及長度値至主電腦 Q 4 ·如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法，進 —步包含將該C r/C b資料轉換至Y C b C r 4 : 2 : 0或4 : 2 : 2格式之步驟，該步驟適合於在該C r/C b域壓縮步驟之前實施。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法，其 中，該C r/C b域壓縮之步驟包含下列步驟： 對於複數個C r位置計算一單一的平均値； 對於複數個C b位置計算一單一的平均値；及 傳送該平均之C r及C b値至該主電腦<* 6 ·如申請專利範圍第5項所述之影像壓縮方法，其 中，該對於複數個C r位置計算單一的平均値之步驟包含 :於4 : 2 : 0格式中，獲得每一個4個C r値之一單一 C r値，且於4 : 2 : 2格式中，獲得每一個8個C r値 之一單一 C r値。 7 ·如申請專利範圍第5項所述之影像壓縮方法，其 中，該對於複數個C b位置計算該單一的平均値之步驟包 含於4 : 2 : 0格式中，獲得每一個1 6個C b値之一單 一 Cb値，且於4 : 2 ·· 2格式中，獲得每一個3 2個C b値之一單一 C b値。 8·如申請專利範圍第5項所述之影像壓縮方法’其 中，該對於複數個C b位置計算該單一的平均値之步驟包 2 <請先閱讀背面之;1意事項再填寫本頁) 裝 ----訂---------線 本紙張尺度適用中國围家標準（CNS)A4規格（210*297公爱） 416242 8S88 A^cc 經濟部智慧財產局3工消費合作社印製 六、申請專利範圍 含下列之步驟： 由一區域平均4 X4個相鄰之Cb値，以對於每一個 該4個C b値產生一單一中間平均C b値；及 平均該些中間平均C b値，以獲得一單一平均C b値 0 9 ·如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法，其 中，該數位固態影像裝置係由一包含辦公室自動化數位線 性感測器、數位指紋偵測器、數位掃描器、數位廣播電視 、C D影像、多媒體 '影像遠傳會議系統、動態醫學影像 裝置、高晝質電視、匣式影像錄影機、影印機及傳真機之 群集之中選出，而該匯流排係由一包含電腦匯流排、網路 通道、有線光纖及廣播頻道之群集之中選出。 10如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法， 進一步包含之步驟爲： 以一最少之位元數編碼該已壓縮之資料；及連結該代 表壓縮資料之碼的位元，其中該連結係分別於γ域及c r /C b域中實施，且該編碼及連結之步驟係在傳輸至主電 腦之前實施。 11·如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法， 其中，該於C r/C b域連結之步驟產生交替之只含c r 線及C r/C b線，其中每個只含C r線僅具有C r値， 而每個C r/C b線具有交替之C r及C b値。 12·—種於數位視訊影像裝置中之像素處理控制器 ，該數位視訊影像裝置係於Y C b C r 4 : 2 : 0或者4 3 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4 格（21〇x 297 ) --------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A3B8C8D8 41624S 六、申請專利範圍 :2 : 2之格式下運作，且經由一鏈結連接至一主電腦’ 該像素處理控制器包含： —個Y域壓縮模組，其用以根據一事先決定之規範而 在Y域將像素位置貼標籤； 一個C r/C b域壓縮模組，其用以於C r/C b域 之中平均C r及C b値； 一事先決定之臨限値：及 .一用於被貼標籤之像素之間所允許的最大像素數目之 預先決定的値。 13.如申請專利範圍第12項所述之於數位視訊影 像裝置中之像素處理控制器，其中，該鏈結係一有限頻寬 之U S B匯流排，該數位視訊影像裝置係爲一固態以U S B爲基礎之相機，且該像素處理控制器具有一低閘數目’ 且改變成體積小、不昂貴，且每秒能傳輸3 0幀影像幀》 14如申請專利範圍第12項所述之於數位視訊影 像裝置中之像素處理控制器，其中，該鏈結係爲一具有同 時管道之有限頻道匯流排，該數位視訊影像裝置係爲一運 作於同時運輸模式之固態相機，且每一個匯流排管道傳輸 一個域。 1 5 *如申請專利範圍第1 2項所述之於數位視訊影 像裝置中之像素處理控制器，其中，該預先決定之臨限値 及用於被貼標籤之像素之間所允許的最大像素數目之預先 決定的値係由主電腦所提供。 16·如申請專利範圍第12項所述之於數位視訊影 4 ^----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本ϋ尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x2^7公堃) 灿6808™ 41624S 、申請專利範圍 像裝置中之像素處理控制器，其中，該Y域壓縮模組適合 於，根據基於像素亮度値之差的預先決定之規範，決定於 影像線之中在像素接著像素之基礎下應該被貼標籤之像素 :且 該影像裝置傳送該被貼標籤之像素亮度値及影像線之 中介於被貼標籤像素之間的長度至該主電腦。 17·如申請專利範圍第12項所述之於數位視訊影 像裝置中之像素處理控制器，其中，該C r/C b域壓縮 模組適於對於複數個C r位置計算一單一平均値，及對於 複數個C b位置計算一單一平均値，該被壓縮之資料係以 一最小位元數編碼，且該代表壓縮資料的碼之位元數，在 傳輸至該主電腦之前，係分別於該Y域及C r/C b域之 中連結。 18·如申請專利範圍第12項所述之於數位視訊影 像裝置中之像素處理控制器，其中，該C r/C b域壓縮 模組適於4 : 2 : 0格式中，獲得每一個4個C r値之一 單一 C r値及每一個1 6個Cb値一單一Cb値，及於4 :2 : 2格式中，獲得每一個8個C 1：値之一單一C r値 及每一個3 2個C b値之一單一C b値。 19·一種藉由鏈結連接至主電腦之數位影像裝置， 其包含： 一影像感測器陣列，其用以於一影像線上獲得像素之 亮度（Y)値及色度（C r，C b )値；及 一像素處理控制器，其具有： — — — — — — — — — — — ·1111111 ^ . — I I I-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁》 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印髮 A8416249 I 六、申請專利範圍 一Y域壓縮模組，其用以於Y域之中將像素位置貼標 籤；及 一C r/C b域壓縮模組，其用以於C r/C b域之 中平均C r値及C b値。 2 0 ·如申請專利範圍第1 9項所述之藉由鏈結連接 至主電腦之數位影像裝置，其中，該鏈結係爲一具有同時 匯流排之有限頻寬，其中，一第一匯流排管道傳送該Y域 値，且一第二匯流排管道傳送該C r/C b域之値，且該 數位影像裝置係於Y CbCr4:2:0或4:2:2之 格式中，運作同時運輸模式之固態相機。 2 1 ·如申請專利範圍第2 0項所述之藉由鏈結連接 至主電腦之數位影像裝置，其中，該Y域壓縮模組適合於 ，根據像素亮度値之差，決定於影像線中，在像素接著像 素之基礎下被貼標籤之像素； 該相機將被貼標籤像素亮度値及介於被貼標籤之間的 長度傳送至主電腦；且 該C r/C b域壓縮模組適於對複數個C r位置計算 一單一平均値，及對複數個C b位置計算一單一平均値。 2 2 ·如申請專利範圍第2 0項所述之藉由鏈結連接 至主電腦之數位影像裝置，其中，該C Γ/C b域壓縮模 組適合，於4 : 2 : 0格式之中，獲得每一個4個C r値 之一單一C r値及每一個1 6個C b値之一單一C b値， 及於4 : 2 : 2格式之中，獲得每一個8個C r値之一單 —C r値及每一個3 2個C b値之一單一 C b値； 6 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 41624S 六、申請專利範圍 該被壓縮之資料，在傳送至主電腦之前，被編碼且於 Y域及c r/C b域之碼分別被連結；且 於C r/C b域之該連結產生交替之只含C r線及c r/Cb線，其中，每個只含Cr線僅具有C r値，而每 個C r/C b線具有交替之C r及C b値。 I — — — lit — — — — . '— — — — — I— -- ----— II <請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)