TW451160B - A DWT-based up-sampling algorithm suitable for image display in an LCD panel - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 451160 Α7 ________Β7______五、發明說明（！） 發明之背景 1. 發明之領城 一般而言本發明係關於影像處理與電腦製圖。更特別 者，本發明係關於向上取樣，或向上放大影像。 2 . 相關技藝之描诚 在影像技藝領域中，一般預期可調整影像之大小。特別 者’若使用或應用之影像太小時其被預期放大（向上取樣） 一影像使其更大。例如，一數位照相機可截取Μ圖素列X Ν圈素行之小尺寸影像》若影像擬予以印刷，其被預期可 放大影像成R圈素列xS圈素行（R>M且/4S>N)以使該影像 涵蓋印刷區域。在某些數位照相機中，諸如lcd(液晶顯 示器）之顯示面板被提供以令使用者能狗快速獲取圖像回 顧彼等已經攝取或彼等擬攝取之囷像之内容（即，照像機 欲聚焦之區域）* LCD面板’與任何CRT(陰極射線管）監視 裝置同樣本身具有最大之解析度，但不同於CRT者，解析 度無法由支援之影像次系統（即囷形卡）予以修正。例如， 在CRT裝置中，640圖素X 480圖素之最大解析度在小量之 影像品質損失下亦適用於較低解析度者β然而，於Lcd面 板中’因爲具有固定個數之離散分明之可見圏素，於企圖 改變解析度時會造成高度模糊之影像。 ‘ 影像需要被放大或向上取樣而使影像尺寸被増加 時’在LCD面板中由於模糊與區隔化所致之劣化將嚴厲突 顯。例如，考慮尺寸爲100乘以1〇〇鬮素之影像。若擬顯示 影像之LCD面板之螢幕尺寸可用之固定囷素係200乘以 -4- <晴先閲讀背面之注$項再填寫本頁) * 裳！·ί_訂！丨

n I ο. 本紙張尺度適用中西因家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 451160 A7 B7 五、發明說明（2 200 ’則僅螢幕之四分之一可被利用到。若預期整個螢幕 被利用以顯示影像，則影像必需以2 : 1之比率被放大。 一種簡單而傳統之向上取樣方法係僅將必要之圖素“複 製’’。於此場合，因預期爲2: 1向上取樣，每一圖素將額 外重複三次以使資訊佔據一圓素，而將四個圖素佔據成2 乘以2區段。此“充填”方式比較於任何其他向上取樣方法 因不必包含計算或影像處理而具有清楚之速度優勢。然 而’此方式確認會使所獲得放大之影像呈現模糊，因呈較 少之鮮明度與“濃淡不均”，方正之個別圖素更易於可由人 眼分辨β重要者，尺寸放大之結果將具有邊緣特徵，此對 人類認知之任何影像爲不佳，亦呈濃淡不均與較少之鮮明 增加放大影像品質之一種傳統方法爲利用雙線性内插 法。若預期爲2比1之向上取樣則原始影像上之每一圖素將 以一個區塊四個圈素予以取代。例如，考慮以下之原始之 影像：

X X

A

D X X,

B X Χτ c (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ό裝--------訂---------ο. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^农 雙線性内插法係在兩不同方向取平均値以決定放大影像 數據設定》在介於内插法間之放大影像可包括：

X A'

Xa+Xb 2

•X

B

Xb+Xc —1 ~ c -5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公S ) 451160 A7 B7 五、發明說明（3

XA+XD XA+XB+XD+XE

X

2 XD+X 4

E D. 2

xE 若原始影像之尺寸爲MxN，則放大之影像尺寸於個別數 據設定下相對於圖素總數將爲M*N*4。此方法與其他平均 方法較充填法可產生較佳之結果，但仍造成細節上模糊與 粗糙邊緣而無法使影像呈平滑之輪廓。 典型之向上取樣技術並不適用且引起不良之影像品質。 因此’此處需要一種向上取樣技術以保存較佳之影像品 質》另外，相較於諸如決定數位照相機裝置因素之複雜而 較低成本之計算，向上取樣技術應亦具計算效率，因此其 可利用於此類應用上。 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 發明概要 本文所揭示者係一種方法，其包含自一影像建構虛擬 (離散子波轉換）DWT次吸收帶而無需執行DWT，然後施加 一反置之DWT於虚擬次吸收帶，所獲之反置之DWT代表影 像之向上取樣版本<»另外，所揭示者係一種設備，其包含 配置通訊影像數據與向上取樣單元之介面，向上取樣單元 與介面耦合以接收影像數據，向上取樣單元配置以自影像 數據建構虛擬次吸收帶輸入數據，向上取樣單元配置以實 施一反置之DWT以覆蓋於輸入數據而據以產生一向上取樣 影像》於另一具體實例中，所揭示者係一種裝置，包含一 具有指令之電腦可讀取之介質，當其執行實施自一影像建 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 « 297 S7 ο 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*'农 Α7 Β7 4 5 ^ 號專利申請案 中文說明書修正頁(90年6月）

五、發明説明（4 ) (請先《讀背面之注$項再填寫本頁) 構虛擬（離散子波轉換）DWT次吸收帶而不實施DWT以施加 一反置之DWT於虛擬次吸收帶時，所獲之反置之DWT代表 影像之向上取樣版本。 圈示之簡短敘述 本發明方法與設備之目的、特色與優點將由以下之敘述 呈現，其中： "圖1舉例說明針對一影像實施DWT運算所獲得之次吸收帶。 /囷2舉例說明根據本發明之一具體實例之基於向上取樣 之DWT之流程圖。 p囷3舉例說明根據本發明之一具體實例之基於向上取樣 之DWT之流程圖。 '圏4(a)顯示供計算DWT運算之基本處理元件。 ◊圖4(b)為一維反置之DWT之架構。 、鹰4(c)顯示需要五個處理元件之奇數輸出產生區塊。 。,圖5係本發明之一具體實例之流程圈。 ，丨圖6係根據本發明之具體實例之影像處理設備之方塊 圖。 ‘圖7係本發明之一具體實例之系統圖。 發明之詳細敘述 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 參考諸圖示，本發明之模範具體實例將予以描述。模範 具體實例被提供以舉例說明本發明之樣態且將不致藉以解 釋限制本發明之範圍。模範具體實例首先參考方塊圖或流 程圈予以描述。就流程圖而言，在流程圖内之每一方塊均 代表一方法步驟及供執行方法步驟之設備構件。視實施狀 本紙張尺度適用中國囲家標準（CNS>A4規格（210X297公釐） 451 1 6〇 A7 B7 五、發明說明（5 ) 況而定，相對應之設備構件可由硬體，軟體、軚體或其中 之组合予以配置。 根據本發明之一具體實例，一影像之向上取樣係在“虛 擬次吸收帶”之近似値屬於影像之後藉施加一反置之離教 子波轉換（DWT)於一影像被實施完成。囷1舉例説明獲自 先前DWT之次吸收帶對影像之操作^ DWT係基於波理論之 “散子’’法，其係利用一個或多個可運用以分析信號之類似 於以正弦基本函數DCT(離散子餘弦轉換）爲主之基本函 數。有利之處爲，DWT係較適合於代表影像之邊緣特性， 因波動先天上具周期性及鋸齒狀^ DWT藉完整連續波之離 散樣本而近似於一輸入信號。因此依此等離散樣本點， DWT亦可被視爲一具完整定義係數之濾波操作。波動係數 不像Fourier轉換或平均濾波，而是可被選定以搭配特定之 應用，或輸入信號之型式。在本發明之至少一具體實例中 供放大影像所選定之DWT係熟知之9-7雙直交楔形濾波器 DWT。因爲DWT係離教子，DWT可利用諸如極大型積體電 路（VLSI)之數位邏輯執行，因而可與其他數位組件被整合 在一晶片上。在利用DWT供影像壓縮之影像裝置或照相機 中’在增加少量支出及成本之下可在同一裝置中輕易執行 反置之DWT。具使影像之邊緣特性較佳近似能力之〇WT使 得其爲向上取樣應用之理想方式。其優點更優於内插型放 大而使目視本質影像之特性可進—步重建於放大影像上。 另外如以下所示與描述者，基於DWT之向上取樣架構可有 效率地執行大量數據輸出，而不像F〇urier或平均化技術需 -8 - 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規袼（2i0 χ 297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 、裝！ —訂. 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 451160 A7 __B7__ 五、發明說明（β ) 要多重循環或重覆以產生單—之輸出資料。 一般熟知之二維DWT之本質係分解輸入信號成四個頻率 (參照爲高通率[high-pass](H)或低通率n〇w-pass](L)本質之 濾波頻率）之次吸收帶。二維DWT產生四個每一個具有輸 入數據之四分之一數據値之次吸收帶，LL，LH，HL與 HH » DWT係一種多重解析度技術以使獲自重覆一次DWT 之數據可配置於另一次重覆DWT。每一解析度之位準係由 施加DWT於由先前DWT位準所產生之“LL”次吸收帶而獲 得。故此爲有可能；因爲LL次吸收帶幾乎包含全部本質 影像之特性且可被視爲先前LL次吸收帶（或原始全影像位 準之DWT)之四分之一尺寸版本。在具具有此DWT能力 下，每一次吸收帶可依需要進一步被分割成較小及較小之 次吸收帶。 每一 DWT解析度位準k具有4個次吸收帶，LLk，HLk， LHk與HHk。DWT解析度之第一位準係藉針對整體原始影像 執行DWT而被獲得，而另外之DWT解析度係藉先前位準k-1所產生之LL次吸收帶而被獲得《 LLk次吸收帶包含足夠 之影像資訊以實質上重建影像之放大版本。LHk，111^與 HHk次吸收帶包含高頻雜訊與邊緣資訊，比較於融入且由 LLk次吸收帶所表示者，其對目視之敏感性較輕微。 一般而言，位準K次吸收帶具有以下之性質（若K=1，LL0 參照爲原始影像）： LLk -包含LLk]次吸收帶之四分之一尺寸版本。 LHk _包含源自LLj^次吸收帶影像之雜訊與水平邊緣資 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） __________11}·装--- . AIV m3 (請先閲讀背面之注意事項稃填寫本頁) 訂： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 451160 A7 ___B7 _ 五、發明說明（7 ) 訊。 HLk -包含源自LLk“次吸收帶影像之雜訊與垂直邊緣資 訊。 HHk -包含源自LLk.i次吸收帶影像之雜訊與對角線邊緣 資訊。 允許大部份資訊被保存於LLk次吸收帶之DWT之特性可 被利用以執行影像之向上取樣。DWT係多重解析度層別分 解之單一轉換技術，其容許由DWT分解之輪入信號藉執行 反置DWT在少量損失下得以回復。如以上所述代表先前 DWT之係數與反置DWT之係數具有對稱關係。在本發明之 具體實例中向上取樣之執行係藉視擬向上取樣之原始輸入 影像爲虚擬LL次吸收帶，使其近似於其他次吸收帶之値 然後應用於反置之DWT。此係以反置之DWT作爲前提，當 應用於在任一位準所產生之四個次吸收帶時將造成較高位 準之LL次吸收帶自其所欲解決處回復，或於位準1之次吸 收帶之場合將造成原始影像之恢復。此等係數之本質與實 現反置DWT以使達成向上取樣之架構將於下文談論。 圖2舉例説明根據本發明之一具體實例之基於向上取樣 之DWT之流程圈。 在基於DWT之向上取樣中，第一步係將輸入影像當做 LL次吸收帶（步驟200)。若影像具有Μ列乘以Ν行圖素， 則此等Μ*Ν値被視爲虛擬LL次吸收帶LLV。然後，每一均 需定義尺寸以具有M*N値之虚擬次吸收帶LHV，HLV與 HHV，必須被近似化或建構（步驟210)。建構此等次吸收帶 -10- 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） ί請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> - * 裝----__訂----- or 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 451160 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 五、發明說明（8 ) 數據値之一種方法爲分析/檢證水平，垂直與直交邊緣之 輸入影像（依上述之邊緣方向經適化爲每一次吸收帶HL， LH與HH)且在邊緣位置提供非零値及使全部其他値近似爲 零。於本發明之另一具體實例中，取代執行任何分析或檢 證，全部於虚擬次吸收帶LHV，中之値被近似化 爲零。若考慮9-7雙直交楔形DWT，則當原始影像或較高 位準LL次吸收帶將經由反置之DWT而被回復時而全部其 他次吸收帶數據値被近似化爲零，所得回復之影像或較高 位準次吸收帶幾乎與其在執行先前DWT操作前之原始狀態 相同（就人類之目視觀點而言）。伴隨所有如此建構之次吸 收帶’ LLV，LHV ’ HLV，與HHV之下，反置二維之DWT可被 執行以產生向上取樣影像（步驟220)。此放大影像比較於 市售基於充填法、平均化或内插法之向上取樣技術呈現較 佳之目視清晰度。將獲得之向上取樣將具有M*2列與N*2 行圖素結果値，其共同構成向上取樣影像。 圖3舉例説明根據本發明之一具體實例之基於向上取樣 之 DWT 〇 在數據组合中具有Μ列乘以N行圖素之原始影像I可藉下 列於圖2中概述之程序經由因子2予以向上取樣。此影像係 由Μ*Ν圖素之1;』所組成，其中丨代表範圍自1至1^!之圖素之 列數，而j代表範園自1至N之圏素之行數。因此，原始影 像在其第一列具有圖素iu，Ii2等等，而在其第二列具有 圖素丨2,1 ’〗2,2等等，依此類推。根據本發明之具體實例， 整體影像數據組合I將包含虚擬次吸收帶LLV。因爲需要被 -11 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 —訂----- n I · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 451160 A7 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 _______B7__五、發明說明（9 ) 建構之其他虛擬次吸收帶之數據爲不可用（因無眞正之 DWT操作被執行過），此數據必須被近似化或建構。根據 本發明之具體實例，其他虚擬次吸收帶之數據値可被全部 近似化爲零。全部四個次吸收帶所組合之數據組合將具有 M*2列與N*2行圖素値，其接著可被置於二維反置DWT操 作。向上取樣影像U將具有M*2列與N*2行圖素，當比較於 原始影像I時其就可認知之影像品質與清晰度而言實質上 相同〇向上取樣影像U顯示具有圓素値Uf，s，其係獲自應 用於虛擬次吸收帶之二維反置DWT，其中r代表範圍自1至 M*2之圖素列數，而s代表範圍自1至n*2之圖素行數。全 部此類數値Urs之數據組合，代表輸入影像I之2變1之放大 版本。 圖4(a)顯示供計算DWT運算之基本處理元件。顯示基本 處理元件DK 400之圔4(a)首先被描述以協助理解供計算一 維反置DWT之圉4(b)之架構。參考圖4(a)，選定了濾波器 係數，c(爲高通率或低通率），係由以下之表示式決定一 中間値輸出LK : LK = (pk+qk)*c。SLk之表示式中，項目qk 代表輪入之虚擬次吸收帶數據，其係反置DWT之目標，而 項目Pk-i參照爲與源自先前時脈循環耦合處理元件所衍生 之輸入數據’而？1£參照爲現況時脈循環之輸入數據。於陣 列中輸入之pk經由元件Dk被通經輸出Pk l至先前之元件 DK-i。因此項目Pk與Pk-i在本文中將被參照爲“傳播輸入’’。 圖4(a)之基本處理元件400可重複建置與選擇性耦合以執行 如圖4(b)所示之反置DWT計算架構。此處理元件可藉將加 -12- (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁)

裂-------- 訂 ---I ο· 11 I J·. 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210x297公：t ) 451160 A7 B7 五、發明說明（10 ) 法器與使反置DWT濾波係數固定之增幅器及定址器耦合而 由硬體建置。 圖4(b)爲一維反置之DWT之架構。 前置D WT可爲一維或二維之本質β 一維前置d WT(即僅 執行列乘以列或行乘以行）將僅獲得兩個次吸收帶… LFS(低頻次吸收帶）與HFS(高頻率次吸收帶）。若一維前 置DWT之方向順著列，則當應用於一影像時將產生以Μ列 乘以Ν/2行爲定義尺寸之兩個垂直次吸收帶。源自列乘以 列之前置DWT之LFS次吸收帶係原始影像之高而痩之扭曲 版本。若一維前置DWT之方向順著行，則當應用於一影像 時將產生以Μ列乘以Ν/2行爲定義尺寸之兩個垂直次吸收 帶。源自行乘以行之前置DWT之LFS次吸收帶係原始影像 之寬而胖之扭曲版本。當此等兩個一維前置DWT處理結合 時，則二維前置DWT即具想化。同樣地，當執行反置DWT 時，順著列之反置DWT與順著行之反置DWT可被組合以產 生三維反置DWT，其係適於按比例放大一影像（無需扭曲 軸）。因此，如圖5所示，源自順列之反置DWT之結果可被 轉換以使另一一維反置DWT操作所得之順列數據實際上爲 順行。結合順列與順行之一維反置DWT將產生虛擬LL次 吸收帶（原始影像）之2變1放大版本。因此，二維反置DWT 可藉重複或再利用一維反置DWT模组被建置。諸如圖4(b) 中所示者。 爲獲得向上取樣影像數據Urs，根據本發明之具體實例 之中間値數據組合，U、首先藉應用一維反置DWT模組件 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1* 裝--------訂---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 451160 A7

五、發明說明（) 至實質上建構之次吸收帶數據而被產生 合υ’;係由以下表示式所代表： 此中間値數據組 子[Κ2π—3η+·2η—ςη]=ΣΕ2η_ n n f°2n~!Cn，其中an係建構之 (虛擬）LFS數據而cj建構之（虚擬）HFS數據。LFS數據可 藉使虛擬次吸收帶之數據連結而被建構，而hf§ 教據可藉使虚擬次吸收帶連結而被建構。反置與 前置9-7雙直角楔形DWT具有某些對稱特性而允許彼等諸 如在国4(a)所示之有效率且緊縮（即平行與重複）之處理元 件被運用》反置DWT具有一组反置高通率濾波器係數“與 一組反置低通率濾波器係數»此等係數之關係在以下相 關專利申請書中有所討論，篇名爲“利用波轉換使信號分 解與再建置之整合緊縮架構”序號爲08/767,976，於1996年 12月17日歸檔。吾人可將U、分割成兩個合計式之總合： υί(2)=Σ, S2n-i°n 對等項目U’i⑴及U’i(2)，即j=〇、1、…，n/2-l時之U，2j⑴及 U’2/2) ’利用此等濾波器係數被展開成： {锖先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 裝

n I n I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 51 16 0 A7 B7 U6^=A〇a〇+^2ai, U2( )=A-2a〇+A〇ai+A2a2, U4( )=A_2ai+A〇a2+A2a3, 五、發明說明（12)

Tr'(2) _ _ _ u〇 =^〇C〇+^2Ci+f4C2, ,Ο =|r-2C〇+^〇C|+f2C2+|r4C3j ^=F-2Cl+|r〇C2+^2C3+g4C4j

Un-6 = A-2 a n/2-4 +A〇a n/2-3 +^2 a n/2-2,

Tr/ (2)__ _ _ υη-6 =^-2Cn/2-4+^〇Cn/2-3+f2Cn/2-2+|：4Cn/2_i, U;-2⑴却_+“—!， U;2(2)初心柄2—丨 反置9-7雙直角楔形DWT濾波係數如同彼等前置之對等 係數具有某些對稱特性而允許結合組群。反置高通率係數 特性之一係，其中hk係前置之DWT係數。另外 因爲前置係數具有hn=h.n之特性，反置高通率係數亦具有 諸如inK-Unhn.i之特性。因此’在n=0時。而n=2時 因爲^2=11! ’且H〇’故^2=“。同樣地，在n = 4時， h3= ^_2。反置低通率係數具有Εη= ϋ_η之特性，故[2 = ϋ_2。因此，偶數輸出U’2j僅利用四個係數，LL，“及 g4即可计算·ί于。同樣地’就奇數輸出.U’2j.i而言，其可由 僅可利用5個係數’ Κ3’ g5，§3及§1之上述相同之遽 波係數表示之。 以上所描之關係顯示反置之DWT可如何計算得。於圖 4(b)中供計算反置之DWT之架構包括兩個輸入程序3.與Ci ; 其分別代表高頻次吸收帶與低頻次吸收帶輪入。反置架構 接收兩個輸入且產生一個輸出。於奇數號輸出時此架構並 -15- 本紙張尺度遇用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） i請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) r. Λ \_ · 1· ί n n1 n I - 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 451160 A7 _____B7 _ 五、發明說明（13 ) 不唯一 ’即，u’l，u’3，υγ_·，需要五個處理元件，—個 元件對應一個係數，反之偶數號輸出，即，1ί’〇，υ，2, U’4…’僅需四個處理元件。在奇數及偶數之交替時脈循 環下可分別產生奇數號輸出及偶數號輸出。 因此，反置之DWT架構必須包含兩個隔離之區塊___偶 數輸出產生區塊402而奇數輸出產生區塊452。偶數輪出所 產生之區塊300另外包含兩個次級電路---偶數高頻次吸收 帶次級電路（HF S ) 4 1 0與偶數低頻次吸收帶次級電路 (LFS) 420。偶數HFS次級電路410包括兩個各由一増幅器 與一加法器組成之處理元件415與417。處理元件415、 417、425與427之操作與在圓4(a)中顯示之基本處理元件 400類似，接受兩個輸入，將彼等合計然後以一係數乘合 計數。例如，處理元件415輸出諸如\之項目首先被加至來 自處理元件417傳導輸入，該合計數乘以52。同樣地，就 低頻次吸收帶電路420而言，處理元件425輪出一項目至加 法器/控制器430 ’其係g4與輸入(^及來自處理元件427之 傳導輪入之合計之乘積。處理元件417接收如〇之一種輸入 與其他如aM之輸入，因爲延遲構件412保留該値於先前之 時脈，而在下一時脈循環時將之傳送出。 產生偶數輸出之區塊如以下方式操作。在i=〇時，a〇被傳 導至延遲構件412而：被傳導至延遲構件422。雖然a<)與c〇 分別地亦被輸入至元件415與425，加法器/控制器430等待 至第三時脈循環以輪出x〇而具有不等於零之傳導輸入。在 i=0時，元件417與427具有〇輸出，因爲自延遲構件412、 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） I Λ « n n 1· 4 (琦先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 451160 A7 B7 五、發明說明（14) 424及422所釋放出之起始値被設定爲零。在丨=1時，延遲構 件412釋放a〇至元件417之Pi輸入而a〗被保留在延遲構件412 且輸入至元件415。結果’元件41 5產生而元件417產生 Soa0。此等輸出被傳送至加法器/控制器430,但被保留（止 動）直到下一時脈i=2爲止。在i=l時，雖然元件425與427分 別產生項目cj4輿c0g2，此等項目因根據上述所定義之關 係，由加法器/控制器430予以忽略（清除），第一輸出u，〇 利用c2輸入數據。 在i=2時，第三時脈擴環時，延遲構件424釋放cQ至无件 427tpi(傳傳）輸入且延遲構件422釋放q至元件427之41輸 入（Qi與Pi之敘述’參考圖4(a)及附屬之文字説明）。因此， 元件427產生項目（Cl+c〇)g2。元件425產生c2g4。如先前所 述，元件415與417在先前時脈之輸出被保留在加法器/控制 器430而於此時被合計，即在i=2時由元件425與427所產生 之項目。另外，在i-2時，即使元件415與417分別產生項目 (80+&2)石2與aiiio，此等項目被保留於一個時脈循環。又， 分別爲c2g4及（Co+Ci)*^之元件425與427之i=2輸出，被與 元件415與417之i=l輸出，ii0a0及S2ai合計。因此，加法器/ 控制器430產生第一輸出 U,0=h0a0+h2aI+c()g2+Cj g2c2g4 〇 因此，在每一時脈循環中，在i=2(第三時脈循環）之後， 加法器/控制器430接收次級電路420之電流輸出且將彼等 加至先前時脈來自次級電路410之輸出》另外，加法器/控 制制器430接收次級電路410之電流輸出，保留彼等直到下 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） (諳先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 51 1 6 〇 Α7 __________ 五、發明說明（15 ) 一時脈循環爲止。 圖4(c)顯示產生奇數輸出之區塊450，其需要五個處理元 件…465、467、475 ' 477與479 〇 處理元件 465、467、475、 477與479之操作與圈4(a)所示之處理元件400相似。延遲構 件462、464、472與474保留彼等之輸入經一時脈循環且在 下一時脈循環時釋放出彼等〇每一元件具有一加法器與增 幅器且自元件接收來自與其連接之元件之傳導輸入。 產生奇數輸出之區塊450操作如下。在丨=〇時，a0被傳導 至元件465且於時脈循環下被保留在延遲構件462，而元件 475接收於C(^在i_i時，延遲構件462釋放aG至元件467，而 延遲構件472釋放cQ至元件477。另外，在卜1時&1與<;1分別 被輸入至元件465與475。在i=2時元件465接收a2，元件467 接收a〗爲其qi輸入及接收％爲其Pi輸入。因此，元件465產 生a2K3項而元件467產生01+&())£1項。此等輸出被送至加法 器/控制器480，但在與元件475、477及479之輸出相合計之 前被保留於一時脈循環間。在i=2時元件475、477與479之 輸出被加法器/控制器480所忽略。 在i=3時，c3被輸入至元件475，元件477自延遲器472接 收c2，元件479接收作爲傳導輸入Ci，而元件477接收作爲 其傳導輸入，c0。因此，元件475產生c3g5項，元件477產 生（c〇+c2)*〖3而元件479產生ClL。此等輸出被加法器/控制 器480所接收，其加入元件475、477與479之i=3輸出而在先 前之時脈循環元件465與467之輸出在i=2時土動。因此，加 法器/控制器480產生第二輸出（第一奇數輸出） -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)/\4規烙（210 x 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ----訂----- 'i·· Ms 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 451 1 60 A7 ___B7_____ 五、發明說明（16) x1=h1a〇+h1aI+h3a2+g3C0+ g3c2+ gsc3+ Sici 因此，在每一時脈循環i時，在i=3(第四時脈循環）之 .後’加法器/控制器480接收元件475、477與479之現時輸出 且將彼等加入至元件465與467在先前時脈循環之輸出。另 外，加法器/控制器480接收元件465與467之現時時脈輸出 並保持彼等至下一時脈循環。在依此獲得之一組結果數據 U'下，此等値可被調整且回溯成另一重覆一維DWT之輸 入中間態輸出U’0相當於在向上取樣影像空間中在列1及 行1位置數據之結果，而U、相當於在列1及行2位置數據之 結果，因爲源自LFS與HFS之輸入數據依順列方式被加入 至圖4(b)架構中。於向上取樣影像空間之第一列之最後— 項將爲，同時υ’Ν·2係定位於M*2列，N*2’行向上取 樣影像空間之第二列與第一行。 在全部中間態數據U、被產生之時，其中i範園自〇至 M*2*N*2-1，此等値可經矩陣轉換電路予以轉換，此係任 何一般熟練於此方面技藝者易於實行方式，而使按列數據 成爲按行。然後轉換數據組TU'即被視爲另一重覆之一維 反置DWT之輸入數據，回饋入相同或類似於圖4(b)架構之 模组中。應用一維D W T至數據組TU，;之結果係U;(或以列- 行表示之Ur，s)，向上取樣影像數據。此過程如圖5之概 要。 圈5係本發明具體實例之流程圖。 以向上取樣影像爲主之離散子波轉換（DWT)之方法論包 含反置DWT之逐步應用》在已架構之四種虚擬次吸收帶 19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 -SJ. 451 1 6〇 A7 B7 17 五、發明說明（ ------------C 裝--- {锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 下’則實施二維反置DWT之第一步係考量將LLv及HLV&吸 收帶视爲一維反置DWT(區塊505)之LFS數據，而將]：1與 HHv&吸收帶視爲一維反置DWT(區塊505)之HFS數據《於 一維空間之反置DWT按列被應用於LFS與HFS數據（區塊 510)。源自此第一重覆反置DWT(於囷4(b)-4(c)實例中標 記爲U、）之M+NM輸出可被儲存於可爲記憶體或其他儲存 元件之影像陣列中。接著，按列之DWT輸出被轉換以使於 中間態之輸出數據IT'(區塊520)中行變成列而列變成行。 此轉換可在儲存中間態之輸出結果時被同步執行。接 著，已轉換數據被置於區塊510之一維反置DWT，但因數 據已被轉換故依按行型式予以運算β按列之DWT已轉換數 據本質上爲按行型式。自區塊530所獲得之數據組％之圖 素値係原來影像之2 : 1向上取樣版本。此數據設定％可視 爲向上取樣影像（區塊540)予以儲存或顯示出。於某些實 例中，可能需要常態化以轉換在反置DWT運算時可能發生 之更大數據値。所得數螻之常態化可依下列方程式達 成：（Urmin)/(max-min)*K，其中 min係所獲最小値，max 係所獲最大値而K係最大之預期常態化値《例如，若預期 爲8位元値，則K可被設定爲255。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖6係根據本發明之具體實例之影像處理裝置之區塊 圖。 圖6係包含以DWT爲主之向上取樣單元之涵蓋於本發明 中至少一具體實例中之影像裝置之内部影像處理組件之區 塊圖。於圖6之範例電路中，一感測元件6〇〇產生圖素組 -20- 本紙張f &適用中關家標準（CNS)/V1規烙（21G X 297公穿) 451160 A7 __B7__ 五、發明說明（18) 件’其色彩/強度値係源自某些背景/環境。由感測元件 600所產生之η位元圏素値被傳送至截取介面61〇。在本發 明本文内所述及之感測元件6〇〇典型爲在一次區域或位置 之感測中感測R，G’或Β之任一組成份。因此，每一囷素 之強度値將與三色平面（若G1與G2被分開考慮則爲四色）之 一結合且可組合形成Bayer®案之原始影像。截取介面610 解析感測元件所產生之影像且將強度値分配至個別圖素。 全部影像之所有此類圈素组係配置於依據數位照相機感測 元件之典型工業規範之Bayer圖案内。 典型之任何感測裝置之感測元件平面中之某些圖像元素 可能無法應答背景/環境之照明條件β結果，自此等元件 所產生之阐素値可能具有缺陷。此等圈素稱“死圖素，，。 “圖素替代”單元615以列中之先前中間態之有效圖素替代 每一死圖素。RAM 616包括感測元件所提供之列與行之死 圖素之索引。此RAM 616協助確認在被截取影像中死圖素 之關聯位置。 經濟部智慧財產局員工消脅合作社印裳 主要壓縮元件628接收伴随之感測元件影像數據且執行 影像壓縮，諸如以DWT爲主之壓縮，JPEG(結合圖相專家 組群）或微分脈衝碼調變^ RAM 629可用於儲存前置及反 置DWT係數。主要壓縮元件628可設計以提供逐一通道之 壓縮輸出至解碼/儲存單元63 0。编碼儲存單元630可配置 以執行各種二元编碼系統，諸如改版之Huffman編碼（運用 表儲存於RAM 631中）或可直接儲存壓縮之影像至儲存陣 列 640。 -21 - 本纸張尺度適用ψ國國家標準（CNS>A4規烙（210x297公釐） 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 451160 A7 ________B7五、發明說明（19 ) 影像向上取樣單元670可經由匯流排660與儲存陣列640 耦合以向上取樣影像，壓缩或直接取自感測元件以供應用 於顯示或其他用途。影像向上取樣單元670可設計以包含 如以上所迷以DWT爲主之向上取樣與可結合諸如圖4(b)-4(c)顯示之模組架構與轉換電路。另外，在壓縮元件單元 628設計成以DWT爲主之影像壓縮時，則整合式前置與反 置DWT之架構可結合於壓縮元件628之中以使向上取樣單 元670可起始反置模式架構且自儲存陣列64〇傳送實質上建 構之次吸收帶數據至壓縮元件單元628。影像單元可包含 建置於母板上之顯示次系統680，諸如LCD面板與匯流排 660耦合。向上取樣單元670應用之一係提供向上取樣影像 數據至顯示次系統680。向上取樣單元670可自影像處理流 程中之任何步驟，若需要甚至在影像壓縮之前直接自感測 元件接收數據。向上取樣影像之優點爲將顯示極銳利與清 晰之壓縮影像版本。 616/629與631之每一 RAM表可直接與匯流排660連結以使 彼等之數據可被載入而若需要可予以修改。另外，彼等 RAM表與其他RAM表可視需要被使用以儲存中間態之結果 數據。當儲存於陣列640或源自向上取樣單元670之數據準 備向外轉換至圖6之影像裝置時其可被置於匯流排66〇中以 供轉換。匯流排660亦視需要協助616、629與631 RAM表之 更新。 圖7係本發明之一具體實例之系統圓。囷示係一電腦系 統710，其可爲諸如pc(個人電腦）之任何一般性或特殊用 -22- (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

裝---訂·! II

II ^1 IV I CI. 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 4 51160 經濟部智慧財產局員工消費合作社印刻^ A7 B7 五、發明說明（20 ) 途之計算或數據處理機器，而與照相機730耦合》照相機 730可爲數位照相機’數位影像照相機，或任何影像截取 元件或影像系統’或其中之组合且被利用以截取景象740 之感測影像。被截取之影像基本上係由影像處理電路732 所處理以使彼等可有效率地被错存於影像記憶單元734， 其可爲一 ROM ’ RAM或諸如固定磁碟之其他儲存裝置β包 含在被提供於電腦系統710之影像記憶單元734内之影像， 縱使向上取樣增強了其影像特徵由於傳統之向上取樣技術 而損失之部份’在以DWT爲主之向上取樣處理下明顯地減 輕了損失而保存了較佳之邊緣特徵。於大多數之數位照相 機中其可形成固定影像，影像首先被儲存而於之後再下 載。此容許照相機730迅速地截取下一目標/景物而無額外 之延遲。然而，於數位影像照相機之場合，特別是在一般 使用於即時影像會議時，重要者爲影像不僅需迅速地截 取，且需迅速地處理並自照相機730傳送出》於本發明之 各種具體實例中，特別是在各種放大處理時，係極適於提 供良好而快速之處理量予影像處理電路732之其他部份而 使影像囷框之整體傳送速度因而增加。影像向上取樣係在 本發明此具體實例之影像處理電路732之内進行。在影像 被向上取樣之後，其亦可被傳送至照相機730上諸如LCD 面板之顯示系統，或傳送至在電腦系統上之顯示裝置76。 以DWT主之向上取樣之程序可被應用於不論係由照相機 730所截取或其他方式所獲得之任何影像。因爲反置與前 方DWT本質上係過濾處理，一般熟練於此方面技藝者可設 -23- 本纸張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公Ϊ ) n n i n X i It n I— n a— 1 .^1 t > ·1 t J/f\- 言 (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 451 1 60 Α7 Β7 五、發明說明（21) <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 計電腦系統710之程式以執行以DWT爲主之向上取樣。此 可藉使用諸如Pentium®處理器（Intel公司之產品）之處理器 712，與諸如RAM之記憶雄711達成，其視需要被使用以儲 存/載入指令’位址與所獲之數據。因此，於另一具體實 例中，向上取樣可在電腦系統710中執行應用軟體而不必 在硬體中直接執行而達成。在自照相機730下載之後使用 以產生放大影像圓素之應用軟體可爲以諸如C++語言所撰 窝之原始碼所编譯之可執行程式。可執行檔之指令，其相 當於放大影像所必要之指令，可被错存於諸如软式磁碟 機’硬式磁碟機或CD-ROM，或記憶體711之磁碟718中。 另外，本發明之各種具體實例可在提供向上取樣或可變焦 距影像之影像顯示器裝置或圏形處理單元中被執行。 電腦系統710具有一系統匯流排713其協助資訊自處理器 7Π及記憶體711及與I/O匯流排71 5耦合之聯結器714轉移 出/入。I/O匯流排715連接至各種I/O裝置，諸如顯示裝置 716，磁碟71 8與I/O輸出入埠717，諸如串列輸出入埠。多 個此類I/O裝置，匯流排與聯結器之組合可伴隨本發明運 用且此處所示之組合僅係説明此類可能組合之一種。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 當一影像，諸如影像740之景象，被照相機730所截取 時’其被傳送至影像處理電路732。影像處理電路732係由 IC與其他组件所組成，搭配其它功能可執行所截取或壓縮 影像之放大。如先前所述者放大之處理，可利用影像記憶 單元儲存由照相機730所截取之景象740之原始影像。另 外，此相同記憶單元可被使用以儲存向上取樣影像數據。 24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規烙（210x297公釐） 451160 A7 ____B7____ 五、發明說明（22 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 當使用者或應用者預期/要求下載影像時，儲存於影像記 憶單元中之放大（及/或壓缩）影像被自影像記憶單元734移 轉至I/O輸出入埠717。I/O輸出入埠717利用依階層顯示之 匯流排聯結器（I/O匯流排715至聯結器714至系統匯流排713) 暫時將該放大與壓縮之影像數據儲存入記憶體711，或視 情況而定，儲存入磁碟718。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 影像藉利用處理器712供其處理適當之應用軟體（或硬體） 被顯示於電腦系統712上。然後影像數據可利用顯示裝置 716使其被目視成爲放大影像750。放大之影像如所示爲所 取景象原始尺寸之兩倍。此係適合於感測元件截取景象之 原始尺寸之多種影像應用。於影像會議之應用時，呈壓縮 與放大形式之影像數據可透過網路或通訊系統被傳達至另 一節點或電腦系統而加入或送出電腦系統71〇中因而使影 像會議學期可進行。因爲向上取樣與恩縮已可在本發明之 一具體實例之照相機達成。其有可能經由於照相機730中 之通訊埠使影像數據於影像會議期間被直接傳輸至其他節 點。無論何處只要電腦系統710之使用者要求在監示器720 亦觀看自身之景象，被放大之影像數據可被傳送至電腦系 統710和經由網路傳送至其他節點。如先前所述者，被放 大之影像其放大處理由於藉特定而謹慎選擇DWT係數之放 大處理強化比典型之方式目視上具有更準確之邊緣特性。 最後結果將促成於影像會議期間比較於典型之一般向上取 樣方法顯示較高品質之向上取樣影像750於監示器720或其 他節點上。 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（2】0 X 297公梦） ' 45116。 A7 _B7_ 五、發明說明（23 ) 在本文中所述之模範具體實例僅係被提供以舉例説明本 發明之原理且將不至於被解釋爲用以限制本發明之範圍。 更正確地説，本發明之原理可應用於廣泛範圍之系統以達 成本文中所述之優點且應用以達成其他優點或滿足其他目 的。 (請先閱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 26 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 451 1 6〇 A8B8C8D8 〔、申請專利範圍 1. 一種方法，其包含： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 自一影像建構虚擬（離散子波轉換）DWT次吸收帶而無 需執行DWT， 施加一反置之DWT於虛擬次吸收帶，所獲之該反置 DWT代表影像之向上取樣版本。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中該虛擬次吸收帶包 含LL次吸收帶，HL次吸收帶，LH次吸收帶與HH次吸 收帶》 3_如申請專利範圍第2項之方法，其中該LH次吸收帶係該 影像之全部。 4. 如申請專利範園第2項之方法，其中該HL次吸收帶，該 L Η次吸收帶與該Η Η次吸收帶被近似化爲零圖素値。 5. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該執行之反置DWT 係二維反置DWT。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中執行該二維反置之 DWT包含： 依逐列方式施加一維反置DWT至該虛擬次吸收帶； 轉換該自該第一DWT所獲得之數據以使行變成列而列 變成行；及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再一次施加該一維反置DWT至該轉換數據，其係施加 該一維反置DWT至該欲放大影像數據之轉換數據之結 果。 7. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該影像在向上取樣 版本中係兩倍疋寸。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） 451 1 6〇

   8. —種裝置，其包含： 配置通訊影像數據之介面，與 、向上取樣單元，該向上取料元與該介_合 2像數據，該向上取樣單元係配^自該影像 構虛擬次吸收㈣人數據，該向上取樣單元係配置以= 施一反置之DWT以覆蓋於該輸入數據而據以產生— 取樣影像。 " 9_如申請專利範固第8項之裝置，其中該向上取樣單元包 含： 產生第一向上取樣數據輸出，與 產生第二向上取樣數據輸出，該第—與第二輸出產生 器以交替方式提供彼等個別輸出， 10. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中該第一生成與該第 二生成各由以下組成： 多個處理元件，每一處理元件可自該輸入數據產生一 中間態之反置DWT輸出；與 與該處理元件耦合之加法器以接收及選擇性加入該中 間態輸出。 11. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中每一該生成之輸出 另外包含： 延遲構件選擇性與該處理元件耦合，該延遲構件選擇 性延遲輸出至該處理元件。 12_如申請專利範圍第1 0項之裝置，其中每一該處理元件係 配置供將所選定該輸入數據之總合乘以反置DWT係數。 13.如申請專利範圍第9項之裝置，係配置與影像系統相耦 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^一^ —丨丨丨丨丨丨訂-------1竣' - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 451160 A8 B8 C8 D8 「、申請專利範圍 合0 14. 如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中該影像系統係數位 照相機。 15. —種裝置，包含： 當其實施執行時具有指令之可讀電腦媒體： 在不執行該DWT下自一影像建構虛擬（離散子波轉 換）DWT次吸收帶； 應用反置DWT於該虛擬次吸收帶，該反置DWT之結果 代表該影像之向上取樣版本。 (請先閱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 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）