TW563371B - Image processing method for facilitating data transmission - Google Patents

Description

563371 五、發明說明（1) 5 - 1發明領域： 本發明係有關於一種影像資料處理方法；特別是有關 於一種以二值化數位訊號（b i n a r y d i g i t a 1 s i g n a 1 s )表示 之影像資料之壓縮方法。 5 - 2發明背景： 未經影像壓縮處理的情況下，在許多應用上，即需要 以令人無法接受的頻寬來傳輸影像資料。因此，影像壓縮 方法已成為許多研究的主題。影像壓縮係將一由二維像素 組成的影像轉換成一串位元，以在一通訊連線（ communication link)上傳輸。每一個像素代表一特定位 置的影像強度。 以一張照片其解析度為1 0 0 0 X 1 0 0 0條線的影像而言， 每一個像素通常由8位元組成，此8位元係用以表示2 5 6個 不同影像強度，即2 5 6個不同灰階值（grayscal e)。每一個 像素即相應照片上某一點的影像強度。因此，在未經影像 壓縮處理的情況下，此張照片的影像資料傳輸需要8百萬 位元。一般的通訊連線例如電話線每秒可傳輸9 6 0 0位元， 如此一來，若要傳輸一張照片所花的時間會超過十分鐘， 此一傳輸時間將不符實際需求。 563371 五、發明說明（2) 因此需要使用影像壓縮系絲冰政 時間。進一步地，旦/你厂 ’、、來~低影像資料沾你 /地，影像壓縮系統亦有助 本貝枓的傳輪 料的記憶體空間。 有力於減少儲存影像資 影像Μ縮係將一影像 形式’同時不會失去原影 的影像形式傳輸於通訊連 原以回復原影像。一般的 步驟’係將一影像 represen tat ion) 換步驟係完全可逆 發生。用以表示此 位元數一樣多。此 容於習知影像壓縮 representation)《 轉換成 ，此時 ，即在 一被轉 一影像 方法的 轉換成一種可以較少 像的主要牯饩 ^ 1兀表不的 線上ίΓ然後’以經i缩 ί德^再由一接收端進行影像還 -種新的表示形式（J弟一 相鄰像素的關連性降低。此一轉 此一步驟不會有資料損失的情況 換影像的位元數至少與原影像的 轉換步驟之目的在於提供一更相 影像表示形式（i m a g e 第一步驟為量化步驟（q u a n t丨z a丨丨〇 n )，在被轉換影像 上的每一像素係以一特定值取代。此一特定值之位元數係 少於原像素位元數。在量化步驟，原灰階級係被一較粗糙 的新灰階級取代’因此，此特定值可以較少位元數表示。 新灰階值係根據被轉換影像之像素值之統計上的分配計算 而得。 563371 五、發明說明（3) 根據上述兩步 image)接著進行編 驟係可逆的，其目 連線上的接收端再 步驟及第一轉換步 然而此種習知 步驟及複雜的編碼 料，以利於傳輸。 佔相當大的價格比 選擇的影像轉換方 費更少運算時間的 5 - 3發明目的及概站 本發明之主要 料處理方法，其係： * 2 m浮點數壓縮形5 compressed data ) 號具邏輯訊號為n 1 個位元，以使具（1 縮資料以代表一組 number)形式輸出’ 碼斤獲得的量化影像資料（q u a n t i z e d 的 以於通訊連線上傳輸。此一編碼步 骑於進—步壓縮量化影像資料。通訊 帶！編碼的影像資料解碼，逆轉化量化 ^ ’以回復原影像。 @解7碼5 ^縮方法需要複雜的編碼/解碼 馬、、泉路，以獲得更壓縮的影像資 者’影像轉換電路在影像壓縮裝 7 ’而影像壓縮的運算費用係決^於 1 ^ =此，一種較習知影像壓縮方法花 衫像壓縮方法，即成為-種需求。化 將、種加速資料傳輸之影像資 χ位70二值化數位訊號轉換成具（1 ^ 之—值化壓縮資料（binary . ，其中第m位元為此χ位元二 ，，之篦一仞- 丨且1匕數位訊 4 70，及η代表第m位元以後

/) 2m洋點數壓縮形式之此二值化P i 串一值化數值（binary 進而降低資料傳輸| 吁别里，纟侣短傳輸時間 563371 五、發明說明（4) 本發明之另一目的係提供一種加速資料傳輸之影像資 料處理方法，其係以簡易的壓縮方法將X位元二值化數位 訊號轉換成具（1. η ) *2 m浮點數壓縮形式之二值化壓縮資料 ，藉此一簡易的壓縮方法可省略複雜的編碼方式及複雜的 編碼線路，而達到降低傳輸資料量的目的。 本發明之又一目的係提供一種影像資料處理方法，其 使用一位元深度補償技術（b i t - e n h a n c e d t e c h η〇1〇g y )以 補償還原後的影像資料損失的位元，以提高還原的影像資 料的精確度。 本發明之再一目的係提供一種影像資料處理方法，其 係以簡易的壓縮方法將X位元二值化數位訊號轉換成具（1. η ) * 2 m浮點數壓縮形式之二值化壓縮資料，藉此一簡易的 壓縮方法可達成暗部影像不失真及亮部影像減少雜訊的目 的。 根據以上所述之目的，本發明提供一種加速資料傳輸 之影像資料處理方法。本發明方法包括以一影像擷取裝置 從一物件擷取一影像訊號及提供此影像訊號至一類比數位 轉換器，以將此影像訊號轉換成X位元二值化數位訊號（ binary digital signals)，其中X為一自然數，及X位元 563371 五、發明說明（5) 二值化數位訊號係由第（X - 1 )位元至第0位元組成。傳輸此 X位元二值化數位訊號至一影像處理裝置，以將此X位元二 值化數位訊號壓縮成一（1 · η ) * 2 m浮點數（Π 〇 a t i n g - ρ 〇 i n t )壓縮形式之二值化壓縮資料（binary compressed data) ，其中第m位元為此X位元二值化數位訊號具邏輯訊號為π 1 π之第一位元，及η為非負整數，其係代表第m位元以後之η 個位元，以使具（1 . η) * 2 H1浮點數壓縮形式之此二值化壓 縮資料以代表一組（m， η )之一串二值化數值（b i n a r y number)形式輸出，且此串二值化數值之後n位元係由此X 位元二值化數位訊號之此η個位元組成。儲存此二值化壓 縮資料至一記憶體裝置。據上述，藉本發明影像資料壓縮 方法，可使資料傳輸量降低，進而縮短傳輸時間，同時可 減少儲存影像資料之記憶體空間。 本發明之目的及諸多優點藉由以下具體實施例之詳細 說明，並參照所附圖式，將趨於明瞭。 明 說 細 詳 之 例 施 實 體 具 理法 處方 像縮 壓 一料 之資 法像 方影 縮明 壓發 料本 資行 像實 影為 明圖 發二 本第 行。 實圖 為塊 圖方 一 匕b 一 厶月 第功 統 系 資之 像明 影發 明本 發為 本圖 為四 圖第 三 ο 第圖 。程 圖流 塊之 方例 bb A月 方 功實 統體 系具 理一 處之 像法 影方 一縮 另壓 之料

563371 五、發明說明（6) 一影像資料解壓縮方法之流程圖。 參照第一圖，以一影像擷取裝置1 0 1 ，例如電荷耦 合裝置（charge-coupled device)、互補式金氧半電晶體 感測器（CMOS sensor)及其它可將一影像訊號轉成一電子 訊號之類似裝置，從一物件擷取一影像。此影像訊號相應 影像擷取裝置1 0 1所擷取之影像之一像素的強度（灰階 值）。此影像訊號經轉換的一電子訊號係被送至一類比數 位轉換器1 0 2 ，以轉換成X位元二值化數位訊號（X - b i t s binary digital signals)，其包含第（Χ-l)位元至第〇 位元二值化數位訊號。此X位元二值化數位訊號被傳輸至 一影像處理裝置1 0 3 ，例如一影像處理電路，以將其轉 換成一（1 · η) *2 m浮點數壓縮形式之二值化壓縮資料（ binary compressed data)，其中第m位元為此X位元二值 化數位訊號具邏輯訊號為"Γ之第一位元，及η為非負整數 ，其係代表第m位元以後之η個位元，以使具（1 . η ) * 2 m浮點 數壓縮形式之此二值化壓縮資料以代表一組（m， η )之一串 二值化數值（b i n a r y n u m b e r )形式（X X X…，X )輸出，且此 串二值化數值之後η位元係由此X位元二值化數位訊號之此 η個位元組成。接著，此二值化壓縮資料以此串二值化數 值（X X X···， X)方式輸出至一記憶體1 0 4 ，例如一緩 衝記憶體，以供暫時儲存。 第三圖為本發明影像處理裝置1 0 3所實行之8位元

第10頁 563371 五、發明說明（7) 影像資料壓縮方法的一具體實施例，其步驟流程將詳述於 下文。在步驟303 ，由第7位元至第〇位元組成之8位元 二值化數位訊號係送至影像處理裝置1 0 3。接著，在步 驟3 0 4 ，當第7位元為π 1 ”時，進入步驟3 0 5 ，m設為 7及將此8位元二值化數位訊號之第6位元至第3位元指 定予η。藉此，將此8位元二值化數位訊號轉換成具（ 1 . XXXX) 2 7浮點數（f 1 〇a t i ng - ρ〇 i n t)壓縮形式之二值化 壓縮資料。此二值化壓縮資料係以7位元二值化數值（1 1 1 XXX X)方式輸出，其中前3位元（1 1 1)代表數 值” 7 π，及後4位元（X X X X)係由此8位元二值化數位訊 號之第6位元至第3位元組成。在步驟3 0 6 ，當第7位 元為π 0 π及第6位元為π 1 "，進入步驟3 0 7 ，m設為6 ，及將此8位元二值化數位訊號之第5位元至第2位元指 定予η。藉此，將此8位元二值化數位訊號轉換成具（ l.xxxx) 2 6浮點數（floating-point)壓縮形式之二值化 壓縮資料。此二值化壓縮資料係以7位元二值化數值（1 1 Oxxxx)方式輸出，其中前3位元（1 1 0)代表數值 π 6 π，及後4位元（X X X X)係由此8位元二值化數位訊 號之第5位元至第2位元組成。在步驟3 0 8 ，當第7位 元及第6位元皆為π 0 π及第5位元為π 1 π，進入步驟3 0 9 ，m設為5 ，及將此8位元二值化數位訊號之第4位元至 第1位元指定予η。藉此，將此8位元二值化數位訊號轉換 成具（l.xxxx) 25浮點數（floating-point)壓縮形式之 二值化壓縮資料。此二值化壓縮資料係以7位元二值化數

563371 五、發明說明（8) 值（1 0 1 XXX X)方式輸出，其中前3位元（1 0 1)代 表數值π 5 π，及後4位元（X X X X)係由此8位元二值化 數位訊號之第4位元至第1位元組成。在步驟3 1 0 ，當 第7位元至第5位元皆為π Ο π及第4位元為π 1 π，進入步 驟3 1 1 ，m設為4，及將此8位元二值化數位訊號之第 3位元至第0位元指定予η。藉此，將此8位元二值化數位 訊號轉換、成具（l.xxxx) 24浮點數（floating-point)壓 縮形式之二值化壓縮資料。此二值化壓縮資料係以7位元 值化數值（1 0 0 XXX X)方式輸出，其中前3位元（ 0 0)代表數值"4 "，及後4位元（X X X X)係由此8位 元二值化數位訊號之第3位元至第0位元組成。在步驟3 2 ，當第7位元至第4位元皆為"0 "及第3位元為π 1 π m設為3 ，及將此8位元二值化數位訊號之第2位元至 第 成具 值 0位元指定予η。藉此，將此8位元二值化數位訊號轉換

XXX 浮點數（Π 〇 a t i n g - ρ 〇 i n t)壓縮形式之二 化壓縮資料。此二值化壓縮資料係以6位元二值化數值 0 1 1 XXX)方式輸出，其中前3位元（0 1 1)代表 數值π 3 π，及後3位元（X X X)係由此8位元二值化數位 訊號之第2位元至第0位元組成。在步驟3 1 4 ，當第7 位元至第3位元皆為"0 π及第2位元為π 1 π， m設為2 ，

及將此8位元二值化數位訊號之第1位元至第0位元指定 予η。藉此，將此8位元二值化數位訊號轉換成具（1. XX) 浮點數（f 1 〇 a t i n g - ρ 〇 i n t)壓縮形式之二值化壓縮資料 此二值化壓縮資料係以5位元二值化數值（0 1 0 X X

第12頁 563371 五、發明說明（9) )方式輸出，其中前3位元（0 1 0)代表數值π 2 π，及後 2位元（X X X)係由此8位元二值化數位訊號之第1位元 至第0位元組成。在步驟3 1 6 ，當第7位元至第2位元 皆為π Ο ”及第1位元為π 1 π， m設為1 ，及將此8位元二 值化數位訊號之第0位元指定予η。藉此，將此8位元二值 化數位訊號轉換成具（1 · X) 2 1浮點數（f 1 〇 a t i ng- ρ 〇 i n t) 壓縮形式之二值化壓縮資料。此二值化壓縮資料係以4位 元二值化數值（0 0 1 X)方式輸出，其中前3位元（0 0 1)代表數值π 1 π，及後1位元（X)係由此8位元二值化數 位訊號之第0位元組成。在步驟3 1 8 ，當第7位元至第 1位元皆為π Ο π， m設為Ο ，及將此8位元二值化數位訊 號之第0位元指定予η。藉此，將此8位元二值化數位訊號 轉換成具（1 · X) 2 G浮點數（f 1 〇 a t i n g - ρ 〇 i n t)壓縮形式之 二值化壓縮資料。此二值化壓縮資料係以4位元二值化數 值（0 0 0 X)方式輸出，其中前3位元（0 0 0)代表數值 π Ο π，及後1位元（X)係由此8位元二值化數位訊號之第0 位元組成。 根據本發明之具體實施例，本發明提供一種動態的（ d y n a m i c)影像資料壓縮方法，當m不小於4時，此二值化 壓縮資料係以7位元二值化數值輸出，及當m不大於3時 ，此二值化壓縮資料係以較少位元輸出，例如6位元、5 位元及4位元。因此，可降低傳輸至記憶體1 0 4及主機 1 0 5之影像傳輸量，進而縮短傳輸時間，同時可減少儲

第13頁 563371 五、發明說明（ίο) 存影像資料之記憶體空間。然而，本發明之影像壓縮方法 並不限定於處理8位元二值化數位訊號，其同樣可處理其 它位元數之二值化數位訊號，例如1 〇位元、1 2位元及 1 6位元等。再者，η係由所要求的影像輸出品質來決定

¥ 表一 壓縮前 壓 .縮後 還原 0000,0000 000 0 0000,0000 0 0 0 0, 0 0 0 1 000 1 0000, 0001 0000, 0010 001 0 0000, 0010 0000,0011 001 1 0000,0011 0 0 0 0, 0 1 0 0 010 00 0000, 0100 0010, 1000 101 0100 0010, 1000 0010, 1001 101 0100 0010, 1000 0010,1010 101 0101 0010, 1010 0100, 0000 110 0 0 0 0 0100, 0000 0100, 0010 110 0 0 0 0 0100, 0000 0100,0100 110 0 0 0 1 0100, 0100 1111， 1011 111 1111 1111， 1000 1111， 1100 111 1111 1111, 1000 1111,1101 111 1111 1111,1000 1111， 1110 111 1111 1111， 1000 第14頁 563371 五、發明說明（11)

表一，係顯示由第7位元至第0位元組成之各種灰階 值（g r ay s c a 1 e)之8位元二值化數位訊號其壓縮前、壓縮 後及還原後之結果。如表一所示，8位元二值化數位訊號 經第三圖之影像壓縮方法處理後，成為7位元二值化壓縮 資料，其中m值係由此7位元二值化壓縮資料之前3位元 表示及η係由後4位元表示。如表一所示，一影像值之像 素灰階值愈大，其還原後的影像值失真愈明顯。因此，本 發明提供一種影像資料解壓縮方法，其係利用位元深度補 償技術（b i t - e n h a n c e d t e c h η ο 1 〇 g y，Β Ε Τ)以補償經還原 影像損失的位元，其流程圖如第四圖所示。

復參照第一圖，儲存於記憶體1 0 4之二值化壓縮資 料係輸出至一主機1 0 5 ，以供進一步處理，例如解壓縮 以回復原來的影像資料並列印出。第四圖係在主機1 0 5 中所實行的一解壓縮方法的流程圖。在步驟4 0 3 ，將7 位元二值化壓縮資料之前3位元轉換成一 π Xπ值。在步驟 4 0 4 ，當X大於3時，其中X為一非負整數，進入步驟4 0 5 ，將此7位元二值化壓縮資料之後4位元轉換成一 n yπ值。根據X，y及運算式（1 · y) * 2 X，將此7位元二值 化壓縮資料還原成原來的8位元二值化數位訊號。接著， 進入步驟4 1 4 ，以位元深度補償方法補償經還原的8位 元二值化數位訊號損失的位元。此位元深度補償方法包含 下列步驟··（ 1)計算相應此8位元二值化數位訊號之像素

第15頁 563371 五、發明說明（12) 之複數個相鄰像素之一第一平均值；及（2 )計算第一平均 值與此像素之一第二平均值，以獲得此像素之補償值。在 步驟4 0 6 ，當X大於2時，進入步驟4 0 7 ，將6位元 二值化壓縮資料之後3位元轉換成一 "y ”值。根據X，y及 運算式（1 · y) * 2 X，將此6位元二值化壓縮資料還原成原 來的8位元二值化數位訊號。接著，進入步驟4 1 4 ，以 位元深度補償方法補償經還原的8位元二值化數位訊號損 失的位元。在步驟4 0 8 ，當X大於1時，進入步驟4 0 9 ，將5位元二值化壓縮資料之後2位元轉換成一 "y ”值 。根據X，y及運算式（1. y) * 2 X，將此5位元二值化壓縮 資料還原成原來的8位元二值化數位訊號。接著，進入步 驟4 1 4 ，以位元深度補償方法補償經還原的8位元二值 化數位訊號損失的位元。在步驟4 1 0 ，當X大於0時， 進入步驟4 1 1 ，將4位元二值化壓縮資料之後1位元轉 換成一 n y "值。根據X，y及運算式（1. y) * 2 x，將此4位 元二值化壓縮資料還原成原來的8位元二值化數位訊號。 接著，進入步驟4 1 4 ，以位元深度補償方法補償經還原 的8位元二值化數位訊號損失的位元。在步驟4 1 2 ，當 X等於0時，將4位元二值化壓縮資料之後1位元轉換成 一 "y 〃值。根據X，y及運算式（1 · y) * 2 x，將此4位元二 值化壓縮資料還原成原來的8位元二值化數位訊號。 第二圖係實行本發明影像資料壓縮方法之另一影像處 理系統功能方塊圖，其中儲存於記憶體1 0 4之二值化壓

第16頁 5 。 之料 ο料5資 T-Η 太貝 OV 像 機像1—^影 主影機短 一 的主縮 至來及可 送原4故 並原ο ， ，還1料 取以體資 存縮憶輸 3壓記傳 ο解、式 1如3形 置例ο 料 裝 ，1資 理理置縮 處處裝壓 像步理化。 影一處值間 經進像二時 料供影以輸 資以於係傳 縮，由間的 563371 五、發明說明（13) 復參照上述表一，比較壓縮前及還原後的8位元二值 化數位訊號，具低灰階值（低亮度）之像素其還原影像位 元損失較少，而高灰階值（高亮度）之像素其還原影像位 元損失較多。因此，藉本發明第三圖所示之影像資料壓縮 方法，可達到暗部影像不失真，亮部影像減少雜訊的目的 以上所述僅為本發明之具體實施例而已，並非用以限 定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍内。

第17頁 563371 圖式簡單說明 第一圖係實行本發明影像資料壓縮方法之影像處理系 統之功能方塊圖； 第二圖係實行本發明影像資料壓縮方法之另一影像處 理糸統之功能方塊圖， 第三圖為本發明影像資料壓縮方法之一具體實施例之 流程圖；及 第四圖為本發明之一影像資料解壓縮方法之流程圖。 主要部份之代表符號： 10 1 影像擷取裝置 10 2 類比數位轉換器 10 3 影像處理裝置 104 記憶體 10 5 主機

第18頁

Claims (1)

1. 563371 六、申請專利範圍 1. 一種加速資料傳輸之影像資料處理方法，其包括： 以一影像擷取裝置從一物件擷取一影像訊號； 提供該影像訊號至一類比數位轉換器，以將該影像訊 號轉換成X位元二值化數位訊號（binary digital signals )，其中X為一自然數及該X位元二值化數位訊號係由第（X-1 )位元至第0位元組成； 傳輸該X位元二值化數位訊號至一影像處理裝置，以 將該X位元二值化數位訊號壓縮成一（1 · η ) * 2 m浮點數（ floating-point)壓縮形式之二值化壓縮資料（binary compressed data)，其中第id位元為該X位元二值化數位訊 號具邏輯訊號為"Γ之第一位元，及η為非負整數，其係代 表第m位元以後之η個位元，以使具該（1 . η ) * 2 m浮點數壓 縮形式之該二值化壓縮資料以代表一組（m， η )之一串二值 化數值（b i n a r y n u m b e r )形式輸出，且該串二值化數值之 後η位元係由該X位元二值化數位訊號之該η個位元組成； 及 儲存該二值化壓縮資料至一記憶體裝置。 2. 如申請專利範圍第1項所述之加速資料傳輸之影像資料 處理方法，其中更包含經由該影像處理裝置存取儲存於該 記憶體裝置之該二值化壓縮資料至一主機，並於該主機中 將該二值化壓縮資料還原成該X位元二值化數位訊號。 3. 如申請專利範圍第2項所述之加速資料傳輸之影像資料

   第19頁 563371 六、申請專利範圍 處理方法，其中上述之二值化壓縮資料還原步驟包括： (a )將該二值化壓縮資料之後η位元（the latter η b i t s )以前之所有位元轉換成一 m值；及 (b )根據該η位元、該m值及一運算式（1 · η ) * 2 m，將該 二值化壓縮資料轉換成該X位元二值化數位訊號。 4. 如申請專利範圍第3項所述之加速資料傳輸之影像資料 處理方法，更包含在該步驟（b)之後，以位元深度補償方 法（b i t - e n h a n c e d m e t h 〇 d )補償該X位元二值化數位訊號 相應之一像素值，其中該位元深度補償方法包含（c)計算 該像素值之複數個相鄰像素值之一第一平均值；及（d)計 算該第一平均值與該像素值之一第二平均值。 5. 如申請專利範圍第1項所述之加速資料傳輸之影像資料 處理方法，更包含以一主機存取儲存於該記憶體裝置之該 二值化壓縮資料，並於該主機中將該二值化壓縮資料還原 成該X位元二值化數位訊號。 6. 如申請專利範圍第5項所述之加速資料傳輸之影像資料 處理方法，其中上述之二值化壓縮資料還原步驟包括： (a )將該二值化壓縮資料之後η位元（t h e 1 a 11 e r η b i t s )以前之所有位元轉換成一 m值；及 (b )根據該η位元、該m值及一運算式（1 · η ) * 2 m，將該 二值化壓縮資料轉換成該X位元二值化數位訊號。

   第20頁 563371 ψ

   六、申請專利範圍 7.如申請專利範圍第6項所述之加速資料傳輸之影像資料 處理方法，更包含在該步驟（b )之後，以位元深度補償方 法（b i t - e n h a n c e d m e t h 〇 d )補償該X位元二值化數位訊號 相應之一像素值，其中該位元深度補償方法包含（c)計算 該像素值之複數個相鄰像素值之一第一平均值；及（d )計 算該第一平均·值與該像素值之一第二平均值。

   第21頁