TWI245236B - Two-dimensional pyramid filter architecture - Google Patents

Description

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1245236 相關申請案 本專利申請案係關於美國專利申請案序號〇9/754,684， 標題"MuldpHedess Pyramid Filter/ 2001 年1月 3 日，Tinku

Acharya申請的，讓渡予本發明的受讓人並在此一併作為 參考。 發明背景 本發明相關於錐式遽波器。 在影像處理中常希望分解一影像，例如掃描的彩色影 像’成為兩或更多個分別的影像呈現^例如，彳以將彩色 或灰階文件影像分解成背景及前景的影像，為了有效的影 像處理動作，例如增強，壓縮等等，將像是在典型的影印/ 機器或掃描裝置做時一樣的。在這個相關聯中，這個動作 通常參考為㈣遮蔽的動作。這個去除遮蔽有時也適用於 移除可能存在於原來掃描影像中的間色圖樣。例如，如果 沒有適當的移除，間色圖樣可能對人類眼睛造成不悦 的人^現象。這個分解及去除遮蔽的傳統方法是渡波此彩 色影像來使之模糊。這些模糊的結果接著用來協助決定要 將此影像模糊或銳利什麼程度以便產生分解。大體上可以 用”對稱錐式，.遽波器做到這罐。對稱錐式㈣脈衝塑 應（FIR)濾波器係眾所皆知的。 然而，XI個影像處理技術的一個缺點是複雜度增加許多 折[當平行使用數個不同大小的錐式濾波器以便產生多 個模糊影像，來應用所說明的技術。彡多個錐式濾波方式 的-暴力方式會使用多個平行的FIR濾波器，如圖i中說明 -4- 1245236

的可邊希望的這種方式來展示出快速"對稱錐式濟波，•加 構足設計與實做，以單一來源影像平行同時產生不二 影像。 ^ ^ 圖1中每個FIR方塊括弧中提供的數目代表相應長 彳、、帝、丄_ ^瓦$的錐 式應波器。例如，（1，2，1)是階級或長度為3的對稱錐式有 '脈衝審應（FIR)滤波益的遽波器係數。類似的，（1 2 1 2，丨）為階級5的FIR錐式濾波器的係數，依此類推。 不幸的，圖1中展示的方法有其缺點、例如，因過多钟 异可能造成的效率不好。類似的，FIR實做通常採用乘法 器電路。同時存在實做來降低或必免使用乘法器，例如用 位移或加總電路，可能因而造成增加的時脈以及，因此可 说降低電路的輸出量。因而，存在一種需求，改善錐式渡 波實做或架構。 在規格的結論部分特別要指出主題的並做明確揭示。炊 而’揭示的主題，同時有組織及動作的方法，以及其目 的’特點及附屬，可藉由讀取隨附圖示時參考下面詳細說 明獲仔最佳理解，其中： 圖1為說明暴力方式來實做有限脈衝響應（F1R)倍數錐式 〉慮波木:構的方塊圖； 圖2是一維無乘法器錐式濾波器的具體實例； 圖3是二維錐式濾波器架構的具體實例； 圖4為一資料表/矩陣，顯示實做二維錐式濾波器架構而 得到的矩陣範例，例如可以用圖3的具體實例來實做的； -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1245236 A7 B7 五、發明説明（3 圖5為一資料表/矩陣’顯示二維錐式濾波器架構所要操 作的二維信號之範例； 圖6為一貧料表/矩陣，顯示同時以列的及以行的使用一 維錐式濾波器核心的範例； 圖7為圖6 k二9時的資料表/矩陣； 圖8為一資料表/矩陣，顯示使用一維錐式濾波器於二維 輸入信號取樣矩陣列的結果；以及 圖9為一資料表/矩陣，顯示使用一維錐式濾波器於二維 輸入信號取樣矩陣攔的結果。 ILi田說明 在下面的詳細說明，描述為數眾多的特定細節以便提供 對所揭示主題的徹底理解。然而，熟習本技藝的人可理解 到所揭示的主題可以在沒有這些特定細節的情況下實做出 來。在其他的例+，熟知的方法，程序，元件及電路並未 加以詳細說明以免模糊了所揭示的主題。 如前逑的，錐式濾波器，特定的，對稱錐式濾波，可 在彩色影像或彩色影像處理一併採用以便分解與去除决 ，象’例如成為背景及前景影像，例如。雖然所揭示： 題不限制在這個觀點範_中’在這樣的相關連巾，可降 :算複雜度或處理及/或硬體成本的錐式遽波架構是： 需要的。類似的，通常比較希望的是沒有乘法器的 2 ’沒有在實做中明確採用乘法’因為這樣的實做或且 κ例做法上比採用或包含乘法器電路的成本低。 “ 雖然揭示的範疇並不限制在這個觀點的範疇中 圖2說 裝 訂 線 A4規 -6· X 297公釐） 1245236 A7 B7 五、發明説明（5 ) 數位濾波器的某些範例如下： F;二（1， 2, 1) F5二（1, 2, 3, 2, 1) F7=(l， 2, 3, 4, 3, 2, 1) F9 = (l，2, 3, 4, 5, 4, 3, 2, 1) FM 二(1，2,3,…，Ν, ...，3,2，1)(其中，在此關聯中，Μ二2N-1) 前述的濾波器中，濾波過的輸出信號或輸出信號流可以 表達如下： B'1=zX ® F3 = (b〇3, ... , bi_i3, bi3, bi^i3,——）輸入信號 X被 F 3 ;慮波的結果 B5二X (SFs^bo〕，b/，…，bi])，b^，bi+i〕，——）輸入信號X被 F 5遽波的結果 β7=Χ ® F7=(b()7，b!7，···，bj.j7，bj7，bj+17，——)輸入信號 X被F 7濾波的結果

Bj = X ® F9z:=(b〇;, bi9, ... , b,_i\ b,9, bi.i9,——)輸入信號 X被F 9遽波的結果 BM=X (8) FM = (b〇M，1)Λ.··，bw' b,M，ιΛ 輸入信號 x被fm濾波的結果 另一個經驗上表示這些濾波過輸出信號取樣的方式如下 bl^xl-i + 2x, + xl.l b/二+ + 3 Xt + SXpi + Xp] bl/ = x1d + 2\.2 + 3x1-1+4xl + 3xl_i+2xl-.2 + xr_3 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝 玎 線 A7 B7 6 1245236 五、發明説明（ b19 = x1.44*2x1.34-3xl.2 + 4x1.I + 5xl + 4x1- 1 ^ J xi-2 + 2xt + 4 數 類似的’藉由引入參考的’在此本文中，做為狀能链 ，上面的表示式可以重新表示如下： b〖3 二x丨+ s丨3， 其中 Sl3二Xi-^+Xi + U bi5 = b「’ + s丨〕 ，其中 二+ + b,7 =b丨〕+ s〖7 ，其中 Si7 = X卜3 + Xi_2十 1-1+& + X卜 bt9 =b 丨 7 + Sl9 ，其中 s,9二 因 此，所要的錐式 >慮波器可以表達如下： B3 = X + S3， 其中 S3=(s03, Sl3, s23，...，S| ^ Si' B5 =B3+S5 ， 其中 Ss^So' S^，S2，...，Siq5，s.5 B7 =B5+S7 ， 其中 S7二(S〇7，S!7，S27，. s 7 7 1- l Ϊ ^ 1 , B9: =B7 + S 9， 其中 S9 = (S〇9，Si9，S29，... s 9 9 ，\·ι，Si， 2 + Xi，3 + Xi + 2 + Xi + 3+Xi4-4 S,- 圖2的研究說明圖2中顯示的錐式遽波器的計算輸出信號 流匕’ I’ I，By’等等是由說明的具體實例產生的。 錐式滤波器的先前討論是在一维濾波器的關聯中；然 而，因為至少部分的這種遽、波器的對稱本質，可以實做錐 式二維濾;皮’取代以列及以行一維的方式計算，其會採用 額外「的計产丨步驟；如表示為-维卜線錐式遽波器為 巧=[丨2 3...丁…3叫’ T以得到如圖6顯示的相對應二維 錐式繼^。圖7中’顯示出㈣的二維錐式遽波器核 心。假設二维輸入信號，例信乾取樣，顯示在圖5的 形式，圖4為說明所造成矩陣的資料表，纟此的二維遽波 信號取樣輸出矩陣：Ρ〜中二维輸入信號取樣矩陣利 用·一維錐式滤波為·核心Fkxk〉慮波。 -9· 本紙張尺度適财目目家標準(CNS) A4規格(21〇^7公爱)一 上面方程式[1 ]說明階數為2N_ i 1245236 Δ7 Ά ι -------- Β7 五、發明説明（8 ) ★ ^ … 难維式濾波器 未構，這個案例中μ為三，可潜在地以四個階數為[2(n_ 1)-1]的二維錐式濾波器實做或一個階數為[2(N])_1]的二 維錐式濾波器利用四個信號取樣矩陣/^1 以及兩個階數2NM的一維錐式濾波器，在這個範例中此為 以列的及以行的。圖3為說明這樣一個具體實例的概略圖 不，然而，當然地所揭示的主題不限制在這個特定實做或 具體實例的範疇。例如，輸出信號取樣對應到那些由四個 階數為2(N-l)q的二維錐式濾波器產生的那些，在n為三 時階數為三，不必然由二維錐式濾波器產生。如一範例 的，這些輸出信號可以用一維錐式濾波器產生。一個這樣 的濾波器顯示在圖2中，然而，再次的，另外產生圖3顯示 架構的輸出信號之方法也可以採用。 圖3說明一積體電路（IC)，3〇〇，然而，當然替代的具體 實例不必然要實做在單一積體電路晶片上。冗3〇〇包含階 數2N-1的二維錐式濾波器架構，其中N為大於二的正整 數，在此為三。這個階數2^丨的二維錐式濾波器架構，在 此階數為五，操作中的，可以產生分別的時脈週期，至少 在下面的部分。對應由階數2ΝΜ的二維錐式濾波器之輸出 L號產生的錐式遽波輸出信號，再次的，在圖3中的3 3 〇及 340這個Ν為三的範例中為五。錐式濾波器之輸出信號也對 應由四個二維錐式濾波器或一個階數[2(ΝΜ)-ΐ]，其中Ν 為二’或在此為三的二維錐式產生的輸出信號產生，利用 信號取樣矩陣。這些輸_號由圖3 -11- 本纸張尺度適用中國國豕標準(CMS) Α4規格(210 X 297公爱) 裝 訂 線 言位顧麵锁#917號專利申請案 〇^-1> jifW書替換頁(92年12月） A7 五、發明説明（4 ) 明一維錐式濾波器的具體實例200，例如在前面提到的美 國專利申請案序號 09/754,684，標題”Multiplierless pyramid Filter，’’ 2001年1月3日，Tinku Acharya申請的（事務所目錄 號042390.P10722)。具體實例200包含一致的無乘法器串級 對稱錐式濾波架構來為有不同階的連續或序列錐式滤波器 產生多數個濾波輸出信號流，輸出信號流的產生平行的發 生。在這個特定的具體實例中，雖然再次的，所揭示的主 題不限制在這個觀點的範疇中，針對每個實做的不同階錐 式濾波器，濾波的輸出信號流在每個時脈週期上產生。因 此’除了計算上更有效率外，這個特定的具體實例在產出 量的方面產生很好的結果。然而，如前面指出的，這個特 定具體實例實做出一維錐式滤波器。 圖2可以在規範的相關連中理解。例如，一輸入源信號 X，可以標記如下： X - (X〇，Xl，···，Xi-2，Xi-1，Xi，Xi+i，Xi + 2, ) 在數位的或離散信號處理中，濾波可以表示為輸入信號 X，及濾波器F的一摺積，®，在此相關連中有限長度的數 位濾波器，在此參考維有限脈衝響應（FIR)濾波器。因此， 濾波過的輸出信號流記為 如前述的’圖2中的特定具體實例採用了錐式濾波器。 這些濾波器通常利用長度或階數為奇數的數位濾波器d實 做，例如3、5、7、9等等。相關連中的奇數或階數，可以 形式2N-1表示，其中N為大於二的正整數，例如。這樣的

|ΐ24§*|^φΐ7號專利申請案 i x 書替換頁(92年12月） ---—^- 立、贫明説明（ 圖8顯示的矩陣可由在二維輸入信號取樣取矩陣中每一 列使用一維k-線錐式濾波器得到而圖9顯示的矩陣可由在 一維輸入信號取樣取矩陣中每一行使用一維k_線錐式濾波 杂知到。圖4中的矩陣可由在二維輸入信號取樣矩陣使用 、、隹（k X k)線滤波器得到，或替代的，可由以列的接著以 行的使用一維k-線錐式濾波器得到。應用這個方法來產生 /慮波信號取樣輸出Plx3, P3xl及P3x3，產生下面的關係：

SiJ-l + ^SiJ + SiJ+l Pijl ^sMJ

Pif = + 2s.^j 類似的，產生濾波的信號取樣輸出plx5，p5'及p5x5，產 生下面的關係： P^f1 = p}x5 = tJ «J-2 + 4- 3ίί;. + . J+1 + y+2 J ^ l^J-2 + + 3s^2j + 25^2;.+1 + 5^2y.+2) + {2s+ 45.^^ + 6s^Uj + 4^,·.!^! ^SiJ-2 +95·；^. +6si j+l +35^) + (25.^^2 +6^Z>1J +4^ι+υ+1 + 2,y ^ i+2j-2 ^2si+l j^ +3sU2J +2sU2J+1 +^/+2J+2) 這個方程式的數學運用產生下面的結果： 心⑽《5) + (仏+ /^+1)、 [1] 10- 本紙張尺度適用+國國家標準(CNS) A4規格(210><297公董） A7 B7 ，、p917號專利申請案 y 書替換頁(92年丨2月) 五、發明説明（9 ) 加法器3 10加總。類似的，這個二維錐式濾波器架構實做 中的個別輸出信號，在圖3的實做中，例如，33〇 , 34()， 350及360的輸出信號在二維錐式濾波器架構的個別時脈週 期上加總，由圖3的加法器32〇。當然，圖3只是一實做的 可能範例而所揭示的主題不限制在這個或另一個特定實做 的範轉中。 例如，N不限制為三。類似的，對應到二維錐式濾波器 產生的錐式濾波輸出信號不限制在用一維錐式濾波器或由 一維錐式滤波器貫做。類似的，如前面指出的，如果採用 一維濾波器，則此濾波器不限制為前述2〇〇1年1月3日， Tinku Acharya申請的美國專利案序號09/754,684，標題 ’’Multiplierless Pyramid Filter”之實做方法。例如可以採用 典乘法器的錐式濾波器以外的一維錐式濾波器。類似的， 取決於此實做的，可以採用不同數目的這種錐式濾波器及 不同階數的這種錐式濾波器。例如，輸出信號可以結合或 處理的方式產生錐式濾、波輸出信號，對應不同數目，維度 或階數的錐式滤波器。 當然可以理解的，雖然已說明特定的具體實例，本發明 不限制在特定具體實例或實做的範疇。例如，一具體實例 可以是硬體做的，而另一個具體實例可以是軟體做的。類 似的，一具體實例可以是韌體做的，或是硬體，軟體或章刃 體的任意組合，例如。類似的，雖然本發明不限制在這個 觀點的範疇，一個具體實例可以包含一物體，例如儲存媒 體。這樣的儲存媒體，例如，CD-ROM或碟片，可以在其 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝 訂

説明（ 上儲存指令，並名由_$ 、 , .σ ” 系統執行時，例如電腦§ y斗、1 台，或是影像系統，例如，γ ^ I如系統或平 的JL Μ油每也| 可以執行根據本發明方、去產峰 的具隨貝例，例如濾波 万去產生 \ \ ~理影像或視訊方法 — 例，例如，如前述的。 / 勺八月豆貫 系統可以包含影像處理單 、 疋〜像處理 及/或記憶體。 早U訊或影像輸人/輸出裝置 改雖=發二某些特點已在此說明及描述，許多的修 改笑及寺效對於熟習本技藝的人現在是可以做 到的cu匕可以理解到後附的申請專利範圍希望能涵客 所有落入本發明真實精神的這種修改及改變。 - 主要元件符號說明 31〇 ' 320、ADD 加法器 3 3 0、3 40 ' 35〇、36〇 輸出信號 B 計算輸出信號流 ° 濾波器 F 有限脈衝響應（F IR)濾波器 P 濾波信號取樣輸出 S 變數 X 輸入源信號 Y 濾波過的輸出信號流 13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐)

Claims (1)

1. 1245236 ▽、申請專利範圍 5 :皮：包含一維無乘法器錐式濾波器以外的錐式濾波器。 請㈣範圍第2項之積體電路’其中於操作中，該 數為五的一維錐式滤波器架構，可以在個別的時脈週 :上產生’錐式濾波輸出信號，由四個二維錐式濾波器 =個階數為三的二維錐式滤波器產生的輸出信號，利 用四個信號取樣矩《1，.，.，此_波 輸出信號由複數個用八個階數為三的一維錐式濾波器產 生的一維錐式濾波器產生。 6.如申請專利範圍第5項之積體電路，其中八個階數為三 的一維錐式濾波器，四個以列的使用而四個以行的使 用0 7·=申請專利範圍第5項之積體電路，其中於操作中，該 階數為五的二維錐式濾波器架構，可以在個別時脈週^ 上產生，錐式濾波輸出信號，對應到四個階數為三的二 維錐式濾波器產生的輸出信號，.此錐式濾波輸出信號由 複數個用八個階數為三的一維無乘法器錐式濾波器產生 的一維錐式濾波器所產生。 8·如申請專利範圍第7項之積體電路，其中八個階數為三 的一維錐式濾波器，四個以列的使用而四個以行的使 用。 9.如申請專利範圍第2項之積體電路，其中於操作中，該 階數為五的二維錐式濾波器架構，可以在個別的時脈週 期上產生，錐式滤波輸出信號，對應到四個階數為二的 二維錐式濾波器產生的輸出信號，此錐式濾波輸出信號 •2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公澄) I245236 A8 B8 C8

   A B c D 1245236 丨穴、申清專利範圍 波器產生的輸出信號，產生的輸出信號。 14·如申請專利範圍第12項之方法，其中N為三；以及 其中對應由四個二維錐式濾波器或一個階數為三的二 維錐式利用四個信號取樣矩陣丨，丨產I 的鈿出#唬的錐式濾波輸出信號包含由複數個一維錐式 濾波器產生的錐式濾波輸出信號。 ， 15. 如申請專利範圍第14項之方法’其中該一維錐式濾波器 包含一序列的可調整串級無乘法器可操作單元，每一個 該可操作單元可以產生不同階數的錐式濾波輸出又 樣流。 16. -種電腦可讀取儲存媒體，在其上有指令，其在執行時 造成影像的滤波，利用階數2N]的二維錐式滤波器架 構，其中N為大於二的正整數，藉由·· 下在該二維錐式滤波器架構的個別時脈週期上加總，如 對應兩個階數爪1的一維錐式滤波器產生的輸出信 號的錐式滤波輸出信號；以及 對應由四個二維錐式濾波器或一個階數 的二維錐式滤波器利用階數[取叫]的信號取樣矩陣 產生的輸出信號的錐式濾波輸出信號。 π.如申請專利範圍第16項之電腦可讀取儲存媒體，其中ν 為三； 對應由四個二維錐式濾波器或—個階數為[2 (Ν _〗）_ t ] 的二維錐式滤波器利用階數[哪丨叫的信號取樣矩陣 •4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公酱)

   1245236 而產生的輸出信號的錐式濾波輸 训卬1口就包含由四個階數 為二的二維錐式濾波器產生的輸出信號。 18.如申請專利範圍第16項之電腦可讀取儲存媒體， 為三；以及 /、 其中對應由四個二維錐式遽波器或—個階數為三的二 維錐式濾波器利用四個俨 ^ ^ p3x3 ' 似乜就取樣矩陣 μ,-, ^ a ^ ^ ^ ^ ^ ^ 號包含由複數個-維錐式滤波器所產生的錐式滤波輸出 信號。 !9.如申請專利範圍第18項之電腦可讀取儲存媒體；其中該 一維錐式濾波器包含一序列的可調整串級的無乘法器 操作單元，每-個該可操作單元可以產生不同階數的錐 式濾波輸出信號取樣流。 2〇· —種影像處理系統，其包含： 一影像處理單元來濾波掃描的彩色影像； 該影像處理單元包含至少一個二維錐式濾波器架構； 該至少一個二維錐式濾波器架構包含： 一階數為2Ν-1的二位錐式濾波器架構，其中Ν為大 於二的正整數； 於操作中，該階數2Ν-1的二維錐式濾波器架構，可 以在個別時脈週期上產生，至少如丁： 對應由二個階數為2Ν-1的一維錐式濾波器所產生輸 出信號的錐式濾波輸出信號；以及 對應到四個二維錐式濾波器或一個階數為[2(Ν_丨）_ i ] -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公釐） A B c D 1245236 六、申請專利範圍 的二維錐式濾波器，利用階數的信號取樣矩 陣產生的輸出#號的錐式丨慮波輸出信號； 其中在該二維錐式濾波器架構中的個別輸出信號在 二維錐式濾波器架構的個別時脈週期上加總。 21.如申請專利範圍第2〇項之系統，其中n為三； 對應到四個二維錐式濾波器或一個階數為[ 的二維錐式滤波器，利㈣數[2(ν]η]的信號取樣矩 陣產生的輸出信號的錐式濾波輸出信號包含由四個階數 為三的二維錐式濾波器產生的輸出信號。 22·如申請專利範圍第20項之系統，其中Ν為三；以及 其中對應由四個二維錐式濾波器或一個階數為三的二 錐;η器利用四個信號取樣矩陣 ΚΗ，州，產生的輸出信號的錐式濾波輸出信 號包含由複數個一維錐式濾波器所產生的錐式濾波輸出 信號。 23·如申請專利範圍第22項之系統，其中該一維錐式濾波器 包含一序列的可調整串級無乘法器可操作單元，每一個 該可操作單元可以產生不同階數的錐式濾波輸出信號取 樣流。 -6- 本紙張尺度適用巾S國家標準(CNS) Μ規格(·χ297公愛)