TW541485B - A progressive image transmission technique for calligraph - Google Patents

Description

七曹明麵1丁」 查 《發明背景》 曰法是中國文化中特有的一項蓺 文字以各種不同的書體及豐富形Z:二’曰法將中國 流長’迄今數千年以來，流傳下書法遠源 年代久遠，這些蚩法作品 曰/乍ϋ口繁多，由於 在保存上需格外小心、，即使儲‘地5變2相當脆弱’因此 加以嚴加控制，為避免這些珍貴的文η、濕、度等都要 府目雨正積極推動數位典藏計書 =^壞’我國政 位化的方式來加以典藏。數位二;;物資產 保存，並且易於傳輸，透過數位博物子^貝料可永久 ζ必受到時間、空間的限制，隨時隨地都j二世人將可 員到這些精湛的書法作品。 卩可以透過網路欣 然而’目前的網路頻寬有限，一 ，往往要等上一段時間影像才會;^κ圖擋要顯 車捋，則廷種情況將更加嚴重，相〜、上網路塞 苦經驗。這是由於數位物；；以】時都 ，的_貝料量來的龐大，以一 1 024 x 1()24 =通吊要較文 就約需3ΛΪΒ的記憶體來儲藏此一影像資、，/色影像為例， :T，寬有限，若要透過網路到數位博物館而來目：：般的 作品時，光是資料傳輸就得耗去大量的 4，廷些書法

Kbps速度的數據機來傳輸上述的影像資目j以一56 7. 5分鐘的時間才可完成，那麼傳輸1〇〇張=需花費 12. 5個鐘頭的時間，若在這種方式下=像就得花上 受構的數位博物 五、發明說明（2) 館’相信很少人會去使用。此外，一 按位元排列順序以一個bit —個bit來‘：，因：：式是 像的方式也是按位元排列方式來顯示，以顯 影像資料，接收端接收到多少影來？輪 像。因此，要等到接收到大半的影像：：； 少影 :二稍為可被辨識。倘若發現所下載的書：影内 這顯然也是一種浪費。 末傳輸不想要的資料， 為了解決這些問題，針對中文^ ^ ^ ^ ^ ^ 考是不是可以利用中文書法的一些特性u ’我們思 ，壓縮及傳輸方法，來設法滿足使用者的3展：：影像 首“設法將影像的資料量來=縮 德处傳輸貢料時也期望採取漸進式的傳於方4 & 像能迅速的1“象，期能更貼近使用者=輸方式’讓影 五、發明說明（3) (發明目的》 由於利用電子網路劉覽 時間取決於此傳輸資料的資Π站肖，所花費的傳輪 較文字資料大許多，因此我;:=大小：因為影像資料通常 輸的資料量’在人類視覺二二：先便是縮小影像傳 像做某些程度的失真，通2不見的情況下，若能允許影 大小，這種技術我們稱二幅地降低此影像檔案的 Jm、MPEG等。而中國冉2 =像麼縮，常見的錢如 寫時墨汁會有濃淡的】/ f 一種特殊的影像，雖然苴金 白若，作“ 浐锸士 、、 二種色階所組忐； 、書法作品 :種有別於其他影像的特性，因:f。由於中國書法具有 =特性，來研究特 =望針對書 ^書法影像的目的。 ·方法’以達到大幅壓 來傳^們：2 : ί進式影像傳輸的原理，將、 的整個輪先接收到的資訊^ 多回人ΛΑ / — 〜像為所要下载的旦彡你貫先劇覽影像 所顯：的3貧：希 地將此書：羞保留印章的原有顏象-貝。此外 的好處為： 給接收者。預期我們的方：能更忠實 f J方法可以達到 資料:較快的傳輪速度：由於勒柄〜 里因此可Μ減少影像傳輪的時間)減書法影像的 541485 五、發明說明<(4) (二）、較短的回應時間：在接收到第一回合所傳送 的資訊時，我們便可一眼看出影像的輪廓，這種方式提供 了較短的回應時間，接收者可以很快速的看到書法影像顯 現在瀏覽器上，不像一般的傳輸方式，使用者需要等上一 段時間後影像才會顯現。 _

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、發明說^〜 本發明方法Λ發說明》 此，首先我們必：ί 數位影像的漸進式傳輸，因 —套適用於蚩法=I解數位影像的原理，再進而設計出 介紹數位影；的;m:輸的方法。以下我們先概略 影像(漸—進)式傳輪的方法後再詳細說明我們所發展咖 字0與1所)構、像技術：所謂數位化影像是純粹由數 個像素對所勺人=丄而影像模式則是指數位影像中每一 分為二元与=3 f色貧訊的描述。一般常見的影像模式可 —個像階影像及RGB全彩影像。二元影像中每 色兩A ::一個…來表示，因此其只有黑色或白 影像來d字的影像只有黑白兩色，&常用二元 256個色階可用\階#影像中每個像素值為8個bits，因此有 像辛# 主用來表不該像素介於黑色與白色間的程度， ^為G表示黑色，像素值為…表示白色。㈣的彩色 ^疋以紅、綠、藍三種顏色依不同比例來呈現各種顏 ，因此其每一個像素所包含的資料有R的顏色值、G的顏 色值及B的顏色值，每一種顏色值都以8Mts來表示該顏色 所佔的比例，例如白色為此三原色重疊的部分，因此其像 素值為（255，255，255 )，總計RGB的影像中每一個像素 都有24 bits，所以其資料量相當龐大，例如一張1〇24χ” 1 〇 2 4的影像用二元影像表示只需丨3丨KB個位元組，用灰階 影像表示約需1 048KB個位元組，而用RGB全彩影像表示則 有1 048 576個像素，檔案大小需3145KB，可以說檔案相當

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541485 五、發明說明（6) 地魔大。 得· 另外將彩色影像轉為灰階影像可由下列轉換矩陣求 (公式一） Υ = 0· 299R + 〇. 587G + 0. 114Β 其中R、G、Β即代表紅、綠、藍三原色，γ即是由由彩色轉 換為灰階影像的灰階值，一般灰階影像（Grayscale)通常 用8bits ( 256個色階）來表示該像素介於黑色與白色間的 %度，其中黑色的灰階值等於〇，白色的灰階值等於託5。 在此我們透過一個例子來說明此轉換過程，彩色影像中白 色為R、G、B三色重疊的部分，其像素值為（255, 255, 255 )。透過轉換公式得到灰階值γ = 〇 2 99 χ 255 +〇 587 χ 〇· 11 4x 255 = 255，即代表灰階影像中白色的灰階值。透過 此轉換公式我們可以很快速地將彩色影像轉換為灰 像。 、 口 （二）、漸進式的書法影像傳輸：印章在中國書法作 口口中亦是很重要的一部分，由於書法作品中字跡及背景大 =為黑色、白色兩種色階，只有印章部分為紅色，為了忠 ^地，現書法作品，我們在做數位典藏時必須以彩色的點 p式〜像儲存’也就是說每一個像素所包含的資料有尺顏 色值、、G顏色值及β顏色值，每個顏色在數位影像中是以8 采表示再加上書法作品影像大小（image size)通 #很大，因此一張書法影像需要龐大的記憶體空間。為了

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9丨 五、發明說明（7) 降低傳輸時間，我們的方 — 凡影像，然後再進行傳輪/是先把彩色影像轉換為一張二 另外傳輪方式則以循序漸、如此即可降低傳輪的資料量； 的部分為設計之要长。進的方式，並以能還原印章紅色 我們方法的詳細步驟描述如下. 1、找出印章的位置· f影像’在此我們必須先將為印了章方二 須先找出印章在我們必 以垂直水平方向切為四個區：的=二” ’將影像 黑色兩種色階時，則繼續_ μ二a 5日守存在紅色與 個m “ 说 區塊以垂直水平方向切為四 遞迴的方式不斷地分割，1到區塊不同時 兩種色階為止。最後將有紅色色階存在的 :得視：ϋί下座標記錄下來，記錄此座標所需的位元 數付視衫像的大小來決定。譬如—張1 024 χ 1〇24大小的影 像，其X、y座標就各需以1〇bi ts來表示之。 〜 我們以一個例子來說明如何找出印章的所在座標位 置，假設一 1 024 X 1 024的書法影像如（圖一、a )所示，” 中印章的部分在影像的左下角。首先，我們將此影像分為1 左上、左下、右上、右下四個等分，如（圖一、b )所 ' 示，然後再逐次掃瞄各個區塊的像素（p i xe 1 )，因此我 們可以發現左上、右上、右下三個區塊並沒有紅、黑兩色

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第11頁 541485 五、發明說明（8) 同時存在的現象，而只有左下這個區塊同時存在纟 種色階，因此我們還需繼續對左下這個區塊作切兩 如（圖二、C )所示。再掃瞄左下這個區塊的四個1子區， 之像素時，發現此四個子區塊的每一個子區塊均 ασ 士 Α 在紅、黑兩種顏色，因此分割結束。然後記錄左=日1存 個含有紅色色階的區塊座標值{ (0,511)，（ 2 55 、兩 及{((^…，（娜^⑶卜進一步地’我們可之^} Κ0,51Π( 255，1 023 )}。因此，此區域即為印章所在。併為 圍，而X座標和、y座標各需要1〇 bits來做紀錄。 乾 2、將彩色影樣轉為二元影像：·戈出印章 後，我們便可以將此彩色的#法影像轉 ^ 色兩種色階的二元影像(Binary Image)。首先有 ΓίϊΠΙ素f過第三節中的（公式一）中之轉換矩陣 :值=值γ ’例如一紅色的彩色影像像 素值為( 255 ’ 0 ’ 0)，經過轉換矩陣 f 255 + 0.587 χ0+〇.114χ〇 = 76·245，因象 :此轉=矩陣即可將一張彩色的影像轉換成一灰階的影素 ，固（圖二）為此圖中所有像素其灰階值的分布情形，由 二：可二書法影像中’白色像素佔 在223至255之間，而黑色像素的灰階值多； 布於47至95之間其中包含紅色像素的灰階值。 _ n我們要將此灰階影像轉換為只有黑、白兩色的二 70 ^ 1tmap )。首先我們設定一門檻值Τ(Τ = 1 28)，若 第12頁 五、發明說明（9) 此灰階值PF>T^表示像 . 表示此像素為黑色，bi t = ^ ，bi亡设為〇，·若pv 則 的轉換成一二元影像，。:‘、、、。因此整張影像可以很快地 ί:、1為黑），其中由於：色轉1換—像素值(〇 3、漸進式的影像值於· ^ :便開始要進行影像傳專輸輸了，。二元影像後，我 效果，我⑽利用下面的^達到漸進式影像傳輸的 像切成數個32><32的區：間：=:在處理之前先將影 理，如（圖三、a)所'，圖後針對母個32 x 32區塊來做肩 2影像，如此就會有i m個圖^，像為_ X i 〇24大 二值。T先我們針對-個32 x 32的區；=塊有1〇24個像 :對ϋ圖三、”所示，我們從中垂二回合的切 別對兩邊做比較，若 ,ΐ直切-半’然後分 果舢、1。類似第一回合的作法回合此區塊計算的結 切-刀_’然後對上下總共四個小；=我們從中水平 )所不。如此依序做垂直、水兒乍比較，如（圖三、 合為止，如（圖三、d)所示。 。彳，直到進行完八回 在傳輪方面，我們先傳送紅色 :、、' 4所有區塊依照上述的方式做第〜早所在的座標位置， 1即送出所有區塊的結果，如上例；回合的分割比較後， 後便送出0、丄值，共有1 024個區塊中此區塊做完第一回合 於是第一回合此書法 541485 印年卜月一 R丨正 補充 五、發明說明（10) 影像共需傳送2048 bits的資料量。接著進行第二回合的 資料傳送’如此依序下去’直到做完八回合資料傳送為 止0 4、影像的回覆 下前20bits的印章座 中，就將其顯像為黑 第一回合的值時，就 例子中，收到〇、1時 都塗上白色，右半邊 0·256 KB (第一回合 張影像粗略地顯現。 一步地提昇影像品質 〇、1、1、1後便將此 其餘不變，如此接收 便可逐漸地得到較佳 像傳輸。 ’先記錄 這個範圍 到各區塊 如先前的 半邊的點 接收 快地將整 又能更進 們收到 改為黑色 正，我們 漸進式影 •接收端在接收影像訊息時 標位置，若往後有區塊落在 色的部分轉為紅色。接著收 先粗略地將影像加以還原， 我們就將其所對應區塊的左 的點都塗上黑色，因此只要 所送出之b i t S總數）就能拫 接著收到第二回合的資訊時 。如（圖三）的例子中，我 區塊的左下角這部分由白色 完全部資訊，經過不斷地修 品質的影像，這便是所謂的 541485 五、發明說明（11) 《實驗結果》 本發明著重於書法影像的漸進式 時間内讓使用者可以很快速的看到：：：二期能在最短的 在前幾回合的傳輪中，Jf專;的錢影像’ 者可以很快的看到所要瀏覽之影像的粗略二工”二？” 用者發現此書法影像不是他所相要;略輪靡，若此時使 即中斷，換劉覽其他的書法影像=的影像’便可以立 來傳輸此影像資料，因而省下旦可以避免浪費時間 的時間。再者，若此書法影像為；用訊傳輸所耗費 影像’經過八回合傳輸 所想要潜]覽的書法 書法影像的品質相當接近’有到的書法影像與原始 ^辨其間的差異，更難能可貴=很難由人類的視覺來 里約只需原始影像的五十八一疋們八個回合的總傳輸 這幅書法作品來做漸進式ς二二（圖四）是以八大山人的 像。 切輪所得到的各個回合的書法影 另外在我們的實驗中， ㈠1咖“與另—常見的 b 八個回合ii:像:輪:：法，它的作是 〕i t，篦-门X 弟回合傳送每偏々 j疋將〜像为成 到傳々第一/ 5傳送每個像素值的第母個像素值的第一個 中的卜G、B影像為—個全彩的總和等於原始影 6二種顏色的值分成八個^像人’貝U字每個像素值 回合來傳送，因此， 第15頁 541485 五、發明說明（12) 若一張1 024 X 1 024大小的全彩与你 資料量為393 KB，為影像大小=’其每回合所需傳送的 第一问人沾枯么” η” : 的八分之一。當接收方收到 到的二：佶A”1，，*日寸便以1 28 + 2 = 64來還原該值，若收 到的位兀值為1時便以1 28 + 1 28 + 垃益 给-门人乙 192來選原δ亥值〇 接者，弟一回合所接收到的位元 门人抓拉仏 為"00”、"〇1”、”10"、； 2四種可能的值，分別 還原該值，並依此類推。叫用32、96、160和224來 (表一）為一張1〇24χ 1 024的書法影像，用我 與位元平面法各回合傳輸量的比 / 現，在我們的方法中僂详办八旧人〜α走地毛 ^ . s ,, # ^ π I傳k兀八口 &所需的傳輸量都還比位 凡千面法傳迗一回合所需的傳輸量要少六倍；也 :=:3:做影像傳輸時，、回合下來會比位元；面 法快大为五十仏。亦即，當我們瀏覽到第六 :時=:法：能只看到第一張影像的第；=像而而 已。（圖五）、（圖六）為兩張不同影像在傳 近的情況下關於兩者影像品質的比較，因為以二 傳送完八回合時，位元平面法所傳送第—回合的麥傻夫 完成，故我們以我們方法中最後所呈現的影像與=元平 法第一回合的影像來做比較，其中（a )為原始$ (b )為我們方法中第八回合的影像，（^ )為位_、，、 中第一回合的影像。我們可以發現三者影像在奎===f 印早部分很難察覺有太大的差異，反而位元平面子旦: 在色彩呈現的部分與原圖有顯著的差異，要 /的衫像 X付別注意的是

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第17頁 五、發明說明 Θ卜(。月vf日 、+4^~，" 討論》 由實驗結果棍Α 後，所得到的查半:，我們的方法在接收完八回合的資料 許書法影像可二有=像品質相當不錯，雖然我們的方法允 失真的地方我們許失真，來達到壓縮的目的，但這些 類失真是可以被接^難用人類的視覺去分辨出來，因此這 是利用可以忍受的：：。從另一個角度來看，我們的方法 反觀位元平面法、一去換取漸進式傳輸的快速回應。而 料，因而耗費/了鲈^第一回合影像就要傳輸大量的影像資 合以後，影的時間，當接收者接收到第二、三回 如此-來失去了二:色方面都已相當接近原始影像， 法完全沒有：用=傳輸的意士此外，由於位元平面 都很大，幻息傳輸量斑斤久、：-回合的傳輸量 速回應的要求，使 1、a°二象大小相荨，亦無法達到快 ( 393 ΚΒ),才妒刹齡，=而要等待第一回合傳輪完成後 的方法則充分的利用了 ^ 否為所需要的影像。我們 法影像的傳輸量：傳f 2性’ *幅地降低了書 之-。在漸進式傳輸；：傳像大小的五十分 送不到4 Wte的資料量，使我用們的方法在河四回合，只傳 字輪廓已相當清楚的書法^更傻用者/尤可以很快的接收到文 要編影像，則使用者；以很；使用者所想 太多時間，並且最後的影像品質：而不會浪費 相去不遠。 、由上 郎的貫驗結果得知

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五、發明說明（15) 此外在設計及測試過藉由 . 心 t ly 私中’我們也發現在幾種特殊狀 況下，可以更有效率的來達到新 &兄W㈣Μ 出來作以下的討論： Χ 9影像傳輪，在此提 (一）、由於書法影像中整塊黑色 多，因此在第一回合中我們可以多加白色的部分相當 疋否為全黑或全白。若此b i t為1，則者2 2 t來記錄整塊 顏色，我們就可以不需再繼續分割下2不整個區塊為相同 為〇，則表示區塊中有不同顏色的點，’反之，若此b i t 割。如此一來，若影像中白色或黑色的L即要繼續往下切 雖然在第一回合每個區塊多傳送一個b丨/刀相當集中，則 需再傳送全黑或全白區塊的資訊了， 111 ’然而往後就不 的資訊傳輸量。 此可以省下相當多 (一）、一些特別的情況也可以省下 (圖二、d)的第三回合中第4個及第6個二bits，如 送，因為第二回合中的第2、第3個bit為都可以不必傳 比較多，而第三回合中第3、第5個b i t為〇 ’表不黑的點數 個b i t必定為1，否則便與第2回合的結果，因此第4、第6 此我們可以省略傳送此兩個bi ts，而該互相矛盾了，因 接收者自行判定得知。 兩個b丨ts之值可由

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五、發明說明（16) 結論》 我們 傳輸效果 (一： 簡易的影 的：：的確可以達到非常理想的 ，其優點有： 〜像漸進式 、簡單。不需很複雜的運算及 像轉換技術及比較即可。 μ王’只需用到 —(二）、壓縮。我們的方法可以將一 資料，縮減成很小的資料量。 θ 的書法影像 一元影像 顏色之bi 度0 (三）、快速的傳輸。我們的方法將彩 ，再透過八回合的分割後’僅傳輸代。轉變為 t S，如此縮減了傳輸的資料量，加 &刀割區塊 迷了傳輪速 C四， 到每一回 因此 一簡便、 可以提供 且滿足民 >、漸進式影像的傳輸。我們的傳 合逐漸地提高書法影像之還原品質\方法可以達 ，我們已經充分地利用書法影像的 ^ 快速的漸進式書法影像傳輸，這备私设計出 民眾在網際網路上迅速地瀏法血二體作品 眾欣賞高品質的書法藝術之需求,、减作品，並 541485

圖式簡單說明 。 (圖一）找出印章的所在座標 (圖二）圖一a影像中像素灰階值之分布 (圖三）影像的漸進式傳輸 (圖四）各回合的書法影像 (圖五）影像品質的比較 (圖六）影像品質的比較 (表一）各回合傳輸量之比較

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Claims (1)

1. 六、申請專利範ΐ ^^-- 1、一種漸進 i - 法影像φ f:工之書法影像傳於士 像等ίΐ印章的所在位置Λ輪該技包含找出書 寺一大部分，其特徵在於無進式傳輸一方法及回復書法影 找出書法印查# > 步驟一 所在位置的方法# + 驟 ·將影像割八& 其主要步驟為， 色及紅色兩像二二四個區塊，判斷每個區塊是否有黑 步驟二·若在同-區塊； 用四分法進行書，丨八=色像素同時存在同一區塊，則繼續 有黑色與紅色向二二=小的區塊，直到該區塊沒 步驟三·最後： = : =止； 章的所在區塊位置· 名、、χ色區塊的座標，該座標便是印 漸進式書法影像傳輪 步驟-.將上含下r驟， X 3 2大小的區塊； 生的一凡影像，劃分成數個3 2 步驟二·第一回合傳輸時 :對=塊以垂直方向劃=右兩位置’然後 多，若黑U:以二色像素值 阻7…以黑色代表此整個區塊顏 色，·反之以白色代表此整個區塊的顏色，再以二 個b i t代表此顏色進行傳輪，· 專輪時再根據第一回合結果將此區塊以 水手方向再^为為四個子區塊，判斷子區塊内黑 第22頁 色像素多ϋ 色i隹」;I或白色像素多再以一bit代声士厂 進仃傳輪· 代表此區塊顏 步驟四· # ^ 到進 行完八回合垂直、水平方向來對區機做劃分，直 ΐίί書=象的回復丛主要包含下列步驟， 影像大乂 Γ:—回合所傳輸的影像資訊後，首先』 1豕大小及印章座標的所在交百先圮錄下 進行影像的回復； 仕位置後，便可以開始 步驟二·依序收到第一回人 元值所對應的區塊内所有1 =傳迗的位元值後，便將該位 代表的顏色，但若此區坡，、都表示為該位元所 範圍之内則將其轉換為紅為黑色且在印章座標的 步驟三·利用相同的回復 所傳送的書法影像資料。見則’回復此八回合漸進式傳輸

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