TW453113B - Improved imaging system and method for interactive control of image quality - Google Patents

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453113 經濟部中央標準局員工消f合作社印製 A7 ---------- —_B7五、發明説明（1 ) -- 發明之背景 i明之領域 本發明係概括關於-種電子成像系統^法，尤指—種 =之成像系統及方法，供依觀賞者之規格定製影像，更 指-種成像系統及方法，允許觀賞者經由—反向頻道調 整空間及時間解析度及影像之量化參數。 發明之背景及目的 在過去幾十< ’隨消費者電子設備產業之興起，市上出 現日益複雜之各種電子成像系統，例如錄擎機，攝錄機及 類似產品。另外，在杜會變得日益及互動i互相連接時， 視頻電傳會議通訊變成日益重要。 如此項技藝上所瞭解，視頻，亦即活動影像，經歷編 碼，以減少表示既定影像所需要資訊之量。編碼對空間解 析度，亦即特定影像畫格内之細節，及時間解析度，亦即 每秒此等影像畫格之數，均有影響。此等參數在習知之視 頻系統’諸如在圖1中所示者，-般爲固定，並在本案概 括示爲圖號。圖中之視頻系統10包括一發送裝置12， 其接收來自—攝影機14之信號。請予瞭解，與本發明無 關之攝;機1 4之各部份’例如光圈，快門及類似部份， 未予例不°因之，如此，技藝上所瞭解’在攝影機14前 之光學影像’諸如圖示十個體影像被一攝影機透鏡16所 接收’並例如藉—習知之電荷耦合裝置轉換爲類比視頻信 號。請予瞭解，攝影機14可爲一種數位攝影機，將數位 數據轉發至―在發送裝置12内之子取樣器裝置18。然 -4- (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁 * 丨裝·

11T 線 本纸張尺度適用中國國家標举 (CNS ) Λ4規格（210X297公茇） — 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 453 1 1 3 A 7 B7 五、發明説明（2 ) 而，如果攝影機14不是數位式，而需要類比-數位轉換， 則如在此項技藝上所瞭解，裝置1 8也可功能如A/D轉換 器。子取樣器1 8確定表示以特定空間解析度，亦即每行 之像素數及每影像之行數，以及時間解析度，亦即每秒影 像數，所截獲視頻影像之像素値。如在下文所將更詳細討 論，與空間及時間解析度均有關之另一參數爲量化，亦即 存在於視頻信號之失眞量之測量。 一编碼器2 0將上述數位影像數據編碼爲流入一緩衝器 2 2之視頻信號流。如此項技藝上所瞭解卩；及在本案所另 外討論，資訊自編碼器2 0流入缓衝器2 2之速率根據編碼 之程度而變化。另外，視頻信號流一般爲包括壓縮信號， 其中影像資訊已藉編碼器2 0予以濃縮或壓縮，以方便傳 輸或儲存。使用此壓縮技術之一组格式.爲由活動圖像壓 縮標準（Moving Picture Experts Group，簡稱 MPEG )所規定 者，此爲一種與國際標準化組織（International Organization for Standardization j簡稱ISO /國際電技術委員會 (International Electro-technical Commission，簡稱 IEC )— 致之標準。其他壓縮技術有國際‘電信聯盟，電傳會議组 (International Telecommunications Union, Teleconferencing Section，簡稱ITU-T)，·例如使用於視訊電傳會議之 H.261，H.262 及 H.263 標产。 配合編碼器2 0藉以提供語法供隨後位元流之此等影像 數據格式化標準及技術’編碼器2〇可採用壓縮算法，諸 如離散餘弦變換（Discrete Cosine Transforms ’ 簡稱 -5- -- ___ -------' 丨丨— — — 本紙張尺度適用中g國家標準（CNS ) Λ4現格（210X297公疫） -------„----—裝------IX-----^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 453 1 1 3 A7 五 '發明説明（3 ) —--- DCT) ’办恤时编碼及其他機制，從而急劇減少表示影像 所需要之數據量’同時實際保持影像完整性。如精於此項 技藝者所熟知，此等及其他技術消除或減少傳輸畫格-畫 格冗餘及不必要或重複之其他資訊，並利用人類知覺之各 種生理及心理方面，以對觀賞者之眼晴呈現一相干之影 豫。 另請參照圖1，子取樣器18 ’編碼器2〇及緩衝器22藉 —控制單元24%以控制，其可控制成像系統1〇之其他功 能。例如，控制單元24控制上述操作之$序，亦即通過 —與其連接之攝影機14 (未示）之影像拾取、在子取樣器 1 8之像素轉換’在編碼器2 〇之壓縮’將編碼影像記錄在 磁性或電子.¾錄媒質（未示）’及其他操作。控制單元24 對編碼器20供給許多操作參數，以調控上述像素數據之 變換爲對應之壓縮位元流。如所討論，控制單元2 4可調 控資訊流入緩衝器22之可變位元速率，以保持特定之數 據水準，並避免其中之溢流及下溢。 如此項技藝上所瞭解，緩衝器22之主要目的爲調節數 據自編碼器20之流動，並將該數據以固定速率越過傳輸 頻道26轉發至接收機裝置28，尤其是至其中之另一缓衝 器30，其和緩衝器22 —.樣，作用如一儲存數據，並調節 其使用之儲器。當然，，請予瞭解，頻道26能以可變速 率’例如非同步傳送模式（Asynchronous Transfer Mode， 簡稱ATM)網路之可變速率服務傳送數據。不過，數據自 編碼器20之可變流動速率通常不符合頻道26者，不論固 本紙張尺度適用中國國家標準（) Λ4現格（21〇><297公犮） . -----i------IT-----^ ______^请先Μ讀背面之注意事項再填艿本頁) ' 4 531 1 3 A 7 —^— ________ Β7 五、發明説明（4 ) 足或可變。 缓衝器30將接收之影像數據，依需要以固定或可變速 率轉發至一解碼器3 2。相似於編碼過程，解碼器3 2使上 述壓縮算法逆反，以根據上述操作參數使影像擴展。換言 疋，解碼器32將位元流中之壓縮資訊解壓縮，並根據所 使用之相關影像格式，例如，ITU R/6(n m奶Μ加出〇 Standard，及操/作參數重新構成影像。然後將重新構成之 衫像置於一影像儲存裝置34，其内容可予以連續顯示在 —其電路在此項技藝爲吾人所瞭解之視頻—示器3 6。 如所討論，上述壓縮技術採用各種技術沒縮影像資訊。 解碼器32予以構形爲解釋編碼器2〇所藉以將影像資訊编 碼之格式及操作參數。如此項技藝上所瞭解，在解碼器 32内進行之大部份解碼過程可稱作规範，亦即由所使用 工特定標準，例如mpeg所固定。因之，解碼器32容易辨 識來自编碼器2 〇之信號之此等規範部份’亦即如何解釋 位元流中所傳輸之位元。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 在採用以上技術之習知裝置，上述操作參數係在視頻系 統1 0内固定。通常爲，編碼器2 〇利用固定空間及時間解 析度値，其很適合緩衝器22之需要，保證越過傳輸頻道 26之固定速率位几流β 不過，致力保持頻道以所需要傳 輸速率之緩衝器22調整，關影像之量化或失眞。量化於 是變成緩衝器22之完全度之函數，其復爲所討論視頻影 像之複雜性之函數，亦即影像在壓縮時如何耗費位元。如 此項技藝上所瞭解，有些編碼器2〇僅具有固定之空間解 本紙罹尺度遒用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公# 453彳彳3 A： B1 經濟部中央標準局貞工消费合作社印製 五、發明説明（5 ) 析度，並且緩衝器22調整 定之位元速率。量化與時η 口 ”杆度，以保持固 器調節算法所調Γ 解析度間之均衡係由—種緩衝 然而，以上構形之一項Μ湖 , .題’爲上述操作參數在某些情 況可此不適合，並且緩衝II _ &冑2 + u 4 叉风益调郎算法或其他解析度 案可能，要調整’以適合心中可能有不同空間/時間解析 度及失興均衡，觀賞者之需要。例如，有些視頻應用可能 需要較高時間解析度，而以粗略量化爲代價，例如偏愛言 時間解析度之耳聲者間之視頻通訊(手語);了另外，監視： 用正常需要較高空間解析度及細微量化，而犧牲時間解析 度。 而且，隨消費者使用之日益增加及電子成像系統之熟 練，先進之視頻信號印刷器需要增加對操作參數之控制， 並可對空間與時間解析度間之均衡及量化作成細微調整， 以供眾多之其他應用’微調此等參數以供客觀或主觀效

應D 然而，以此等操作參數固定，視頻信號印刷器或具有此 等不可改變特徵之視頻装置之任何其他使用者，無法對裝 置作成任何調整，並且編碼器20操作，而無來自觀賞者 之任何反備。 , 因之，本發明之第一气的，爲對觀賞者提供一種裝置， 以調整上述空間及時間解析度及量化變數，以使其適合個 別需要。 本發明之更特定目的，爲提供一種自觀賞者反饋至編碼 8- 木紙法尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格〖2丨〇χ 297公沒） ~1-------„--*--I 扣衣__ (請先閲讀背面之注意事項再填舄本寶) -----線----- 4 53 1 13 經濟部中央榡準局負工消費合作社印製 A7 五、發明説明（e ) 器之裝置’使觀賞者對上述操作參數能有增加之變通性。 發明之概述 本發明針對成像系統及方法上之一種改進，以對成像系 統t操作參數提供增加之觀賞者控制。在成像系統内包捂 一反向頻道，使觀賞者能調整操作參數，例如視頻傳輸之 空間及時間解析度，以及量化，而藉以方便觀赏者控制。 自以下所簡要概述之附圖，本發明之現爲較佳實施例之 下列詳細說明Γ以及後附申請專利範圍，可更完全理解本 發明及其範圍。 附圖之簡要説明 _ 圖1爲方塊圖，例示一種習知電子成像系統；以及 圖2爲方塊圖，例示一種根據本發明之電子成像系統。 現爲較佳例證性實施例之詳細説明 本發明現將在下文參照在其中示本發明之較佳實施例之 附圖，予以更完全説明。然而，本發明能以很多不同形式 予以具體實施，並JL不應解釋爲限制於在本案所闡釋之實 施例；而是，此等實施例係予提供爲使此揭示將爲徹底而 完全’並將對精於此項技藝者完全傳達本發明之範圍。 現請參照圖2，例示一概括以圖號4 〇所表示，包括有本 發明之主要内容之電子成像系統。圖2中所例示之成像系 統4 0，如圖1中所闡釋'習知成像系統1 〇 _樣，包括一發 送裝置42，其自一截獲並記錄光學影像，諸如所示個體 之攝影機44接收信號。如所討論，與本發明無關之攝影 機44之各部份未予例示。如所説明，在攝影機44前之光 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公疫）

. ^----ά-------—IT-----0 『靖先閱铕背面之注意事項再填*?本頁) I 453 1 1 3 A7 B7 經濟部中央標隼局員工消費合作社印" 五、發明説明（' 子影像由一攝影機透鏡46予以接收，並轉換爲—信號。 上述信號然後被轉發至_子取樣器裝置48，其確定表示 以特定空間解析度’亦即每行之像素數及每影像之行數: 以及時間解析度，亦即每秒影像數，所截獲視頻影像之像 素値。如配合圖i之成像系統10所討論，—編碼器50以在 習知系統爲固定之特定空間及時間解析度，將上述數位數 據編碼爲視頻信號流。 和習知成像I、統10之發送裝置12一樣’發送裝置42包 括一自编碼器5 0接收編碼，壓縮，視頻$號流之緩衝= 52 ’及一控制轉換器48，編碼器5〇及緩衝.'器^之操作之 控制單元5 4。如所討論，控制單元5 4對編碼器5 〇供给上 述操作參數，以調控數據變換。而在圖}*所例示之^知 系統若干參數，例如上述空間及時間解析度爲固定，但如 在下文將予更完全討論，本發明之視頻系統4 〇之使用者 能可變式控制此等參數。 和習知系統一樣，緩衝器5 2管理數據自編碼器5 〇之可 變流動，並輸出一固定速率視頻數據位元流，越過一傳輸 頻道56至一接收機裝置58，尤其是一在其中之緩衝器 60,其和圖1中之緩衝器30 一樣，接收數據之固定流動， 並將其轉發至一解碼器@2。請予瞭解，和頻道26—樣， 頻道56可允許可變數據流動速率。 / 相似於編碼過程，解碼器62使上述壓縮算法逆反，以 根據上述操作參數使影像擴展。解碼器Μ將位元流中之 壓縮及格式化資訊解壓縮，並根據相關之格式及操作參 -10- 本紙乐尺度適用中國國家標率（〇阳）厶4规格（210乂297公楚） ----^----—裳------訂-----線 (請先閱讀背面之：:i意事項再填寫本頁) 453 1 1 3 A7 B7 經濟部中央標準局員工消f合作社印製 五、發明説明（8 ) 重新構成影像。然後將重新構成之影像置於—影像儲存裝 置64，其内容可予以連續顯示在一其在圖2中顯示上述個 體之视頻顯示器66。 如所討論’解碼器62予以構形爲將來自編碼器5〇之规 範資訊’亦即格式，標準及操作參數解碼。數據位元流β 因此’請予瞭解，解碼器62 ’以及解瑪器32 ,辨識來自 編碼器5 0之化號之此等規範部份’例如所使用之特定視 頻格式’例如上述ITU-R/6〇l標準，及各種墼縮標準，例 如 ISO/IEC MPEG-1，MPEG-2，及，MPEGr4，以及 ITU-T Η·261，H，262及H，263。雖然解碼器62較_爲習知設計， 並因此能瞭解相關規範通訊信號，但請予瞭解，如在下文 所説明’解碼器62也可予構形爲接受非規範命令，亦即 在所使用之特定標準以外之命令或資訊。 由於在上述標準内並未指定編碼器5〇 (及編碼過程）（要 緊者爲正確之解碼），關於技術之實施非規範方面，視頻 系統設計者有很大自由。如在下文將予更完全討論，只要 解碼器62可瞭解相關標準並予以構形爲將所希望之特定 非規範功能解碼，便可實施很多另外任選功能，諸如在修 改圖像品質上。 請再次參照圖2，接咚裝置58可包括一人類介面裝置 6 8，很多上述操作參數严通過其予以調整，例如修改影 像清晰度（空間解析度及量化）’頻率（時間解析度或畫格 速率）及其他特徵。可包括一按鈕，滑板，键盤或其他習 知介面裝置之人類介面裝置68，將所指示改變轉發至一 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS )八4規輅（210X 297公总） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨裝

，1T 線 453 1 1 3 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 kl ___ B7五、發明説明（9 ) 變換器70，其將改變轉換爲一信號。上述信號然後經由 一反向頻道72發回至發送裝置42之控制單元54。 藉具有反向頻道72發信能力之視頻系統4〇構形，觀賞 者可通過介面6 8互動式修改諸如界定影像品質之各種操 作參數。例如，在本發明之視頻系統4 〇可實施下列操作 參數，以調節影像品質： (a) 高/低空間解析度（影像細節）， (b) 高/低時知解析度（畫格速率）， (c) 高/低量化（影像失眞）， _ (d) (a)與（b)間之均衡》 (e) ( a)與（c )間之均衡，以及 ⑺ （b)與（c)間之均衡。 請予瞭解’習知視頻系統10採用固定之（a)，（㈨及^) 操作參數’但本發明之視頻系統4 〇允許更改此等操作參 數間之均衡。在習知之視頻系統1 0，如果（a)或（b)改 變，則必須調整失眞之量（c 以達成必要之位元速率。 因I，選擇（a)同等於選擇（e )，空間解析度與量化間之均 衡。同樣，選擇（b)同等於選擇（f)，時間解析度與量化間 之均衡。也請予瞭解，選擇（c)也同等於選擇（f)，由於編 碼器一般不更改其空間鮮析度，但可容易調整時間解析 度。 〜 如所时論，觀赏者可能需要不同於用前在使用之影像解 析度均衡，亦即上述預定均衡，或先前選定之均衡，並需 要調整操作參數設定，以達成所希望之均衡。通過與人類 (請先閲讀背面之注t事項再填艿本頁 ——裝- Τ ·-=占 線 -12- 本紙張尺度適用中國國家標牟（CNS ) Λ4規格（ 210X297*^ ) 4 531 13 A7 ______ B7 五、發明説明（ι〇 ) 一 介面68之互動，例如藉壓下或轉動—顯示器裝置74上之 按紐74 (構成介面68或經由一連接75與其連接）或也如圖 2中所示之遙控裝置78上之相同按鈕76，變換器7〇可將 一特定代碼字或指示與其對應之特定命令之其他標記轉發 回至編碼器50 ’其因之調整其操作。例如，觀賞者可轉 發命令” A+" ’以增加空間解析度，轉發”B_"以減少時間解 析度，轉發"F+"以減少失眞等3當然，請予瞭解以上命令 僅爲例證性，i且視頻系統4 0可利用其他符號，以實施 觀賞者之所希望之改變。無論如何_，在調聲後之位元流應 該反映所指示之改變》 Μ濟部中央標準局員工消費合作社印製 另外，可將時間解析度與編碼失眞間之新均衡之要求自 變換器7 0經由反向頻道7 2發出作爲"q<k>"，此處_，q"表示 所要求命令之類型，及"<k>"指示該命令之特定値。請予 瞭解’ "k"較佳爲在容許値之預先界定之個別範圍以内。 由於在上述壓縮標準，例如MPEG-1，MPEG-2，ITU-T H:261及其他等’容許解析度之數頗大，故解析度之範圍 在特定之實施較佳爲予以指定’並由所使用之特定攝影機 (I4或44)及子取樣器（18或48)之能力予以調控。要不 然’其可用以限制此等解析度之數至一小組，對每—組指 定一獨特代碼。時間解柝度可同樣予以標示在一個別之値 範圍以内，即使可能有产小畫格周期倍數之限制，例如 30分之一秒.。一般爲在設備製造廠商之範圍以内之量 化’可同樣予以選擇爲在一例如由特定製造廠商所供給之 範園以内，。另外請予瞭解，以此方式，編碼器5 〇在接 -13-

-_I (請先閲讀背而之注意事Js再4ftf本頁〕 本紙張尺度適用中_家標準（) μ規格（2丨0X 297公耠） 4 53113 A7 --------B7 五、發明説明（11 ) ~ 〜 支既定之代碼字，諸如時，因之可設定許多内部 數。同樣’也可設定缓衝器52之各項内部參數。 而且，通過反向頻道72所發射之特定觀赏者要求，铲 以若干不同方式予以界定爲有效，.包括： 把 (A) 永遠，直到給定新要求； (B) 供有限之時段，亦即χ秒，此處X爲預先界定； (C：!供有限巧之η影像，此處η爲預先界定； (D)只要所發射之代碼字"χ "指示；以及 (Ε)如所傳輸之代碼字"η "所指禾一樣多;之影像。 例如’使用者可壓下按鈕74 (或遙控78上之按鈕76)， 導致變換器70產生一特定之代碼字，例如，，s"代表靜止， 其將予界定爲有效供一單—影像（n = H共以上之選項c)， 而藉以要求很高空間解析度影像，其可構成一高解析度靜 止影像。越過反向頻道72所傳輸之整個命令於是將爲 "sCl"。而且，"g3A"可指示自現在起之量化水準3 ,及 HtlB5"同樣將爲供5秒之時間解析度水準i。 請予瞭解，由於以上説明，觀賞者可利用種種非規範命 令定製視頻影像供各種用途。 本發明之視頻系統40構形之靜止圖像管理方面之另外細 節’請見與本案同時提由，並經予參考併入本案，名稱爲 "Method and Apparatus for Still Picture Transmission and Display”之申請人之待決專利申請案。 請予瞭解’本發明之上述原理也可應用於其他方面，諸 如視訊會議，從而觀賞者可修改接收信號以適合其需要。 -14- 本纸伕尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210x297公釐） -lii I _-

I m [- J— i L._1--- -I— t - -I . i請先閱讀背面之注意事項再填巧本頁J 訂—----Μ 經濟部中央標準局負工消费合作社印51 4 531 13 4 531 13 經濟部中央標準局員工消费合作社印^ A7 -------B7_______ 五、發明説明（12 ) 例如，如果個體或物體之識別重要，則必要增加空間解析 度及較細微量化（較少失眞），而犧牲時間解析度。如果影 像連續性重要’則可犧牲空間解析度及失眞，以達成時間 穩定性。其他變化’諸如攝取遠處參與者之靜止影像或微 剩所接收之影像供另外應用，應該視爲在本案説明之範圍 以内。 &予瞭解，諸如在習知视頻系統，發送裝置4 2可常駐 於攝影機44内' 並且接收裝置58可常駐於顯示器裝置66 内。不過，請予瞭解，發送42及接收58草置均可代之爲 合併於多功能端子内，例如作爲一在普通.電腦内之軟體 (有必要之硬體组件，諸如介面69)所實施之能視頻移動 式發射機/接收機，實施爲單獨之設備盒，有輸入及輸出 連接器’或包括（至少在接收端）作爲一加値服務網路，亦 即網路共用資源之一部份。 另外請予瞭解’圖2中所示之控制單元54也可通過一與 其之連接（未示）’控制攝影機44之操作。以此方式，攝 影機變焦，拍攝全景，傾斜，可變光圈及其他攝影機功 能’可因爲反向頻道72而予以使用者控制。 先則説明爲供實施本發明之較佳實施例，並且本發明之 範圍不一定應受此説明所限制。本發明之範圍係代之爲由 下列申請專利範圍所界定。 ^ ___ -15- ( CNS ) 2Ι0Χ 297λ>^7 ---；--------—裝------ir------線 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本真)

Claims (1)

1. d 531 13 AS BS C8 ---------—____D8 _ y、申請專利範園 —種供接收’處理及顯示很多影像之成像系統，該成像 系統包含： 發送裝置’連接至一攝影機裝置，供自其接收很多 影像； 一處理裝置’在發送裝置内，供處理很多影像，並產 生一對應於很多影像之數位信號，該數位信號包含許 多操作參數； —接收裝置，經由一正向頻道連接至發送裝置及處理 裝置’供接收很多影像之數位信號；、 ,ί —解碼裝置’在接收裝置内，供將數位信號解碼，並 根據許多操作參數自其重新構成很多影像； —顯示器，供顯示來.自接收裝置之很多影像；以及 一介面，連接至接收裝置，該介面響應一命令修改至 少操作參數之一，將命令經由一至其之反向頻道轉發至 發送裝置内之處理裝置，從而處理裝置修改數位信號。， Ϊ i I^ίτ-----*-m (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) M規格（210><297公董）