TWI247247B - Color format transformation method and remote control device using the method - Google Patents

Description

1247247 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種資料轉換方法，且特別有關於_ 種將RGB轉換成YCbCr之色彩格式轉換方法及使用哕方 遠端控制裝[ 之 【先前技術】 鍵盤 / 視訊/滑鼠（Keyboard/Video/Mouse，KVM) 管理系統透過網路I p進行對電腦進行遠端存取，也就是所

謂KVM Access over IP，將遠端電腦的晝面透過網U 到近端的電腦設備，以進行監控。而在晝面的傳輸過=狗 中，需對視訊影像進行處理以使傳輸更為順暢，=^ RGB轉換為另一色彩格式YCbCr即為其中一插 :” 1 徑現訊處理之方 式。一般電腦系統採用的RGB轉換YCbCr之鳇始\上 示： 得換公式如下所 16 · Cb 128 Cr ( 0.257 ") + (0·50" G ) + (〇 (1) β ” ..:9(、0·148 (〇.29" G)+ (〇.43" Β) + (〇· 43" R )〜（〇· 36" G ) — (〇 128 --(3) 丄 β ) + 在异式（1 )〜（3 )中有乘法及加法的運算 作電路時係採用乘法器及加法器混合使用 、、= 僅浪費晶片面積，且運算時間也會太長。來’不

1247247 五、發明說明（2) 【發明内容】 有鑑於此，4 & 方法使用該方法> t明之一目的係提供一種色髟# .νΓΚΓ 运端控制裝晋，用D收η巴心格式轉換 轉換成YCbCr之色恥衣置，用以將RGB之 本發明另〜目心格式，以快速完成運算。衫格式 大幅縮減使用此種色彩格式轉換方法，用以 基於上述目的，、法之日日片面積。 λ 彩轉換公式之係鉍本毛明之色彩袼式轉換方 可簡化運算過種、=像素值轉換為二進制之正數先將-色 個二進制之加ί項接；：:系數與像素值相，，：取;”： 項。然後將剩钤之Α 排除所有位元攔位皆為〇夕于稷數 L、+、、—机/加法項儲存於一色彩喆^ 4之加法 上述稷數個加法項纟- 、 7轉換表格令，1 + 接下來，將、ί表不為第1階之加法項。 其令 其中兩加ί項IS個加法項之每兩加法項分成同* 器，並且藉由利2少之τ相差位元數，然後利t:;， is、隹"士口 4 用 C rry —Lo〇k —Ahead 淨 v 法斟"力法 以取得下-階…項:了中力 組加法 /、母組加法項中之兩加法項中最多二—^去器之位元 外’減法運算丰撼：田0， 凡數者相爲 、+-丰挪木用2 s補數相加來達成。最你付。另 述步驟以取得最後之運算結果。 成取後，重複上 【實施方式] 為讓本發明之上述和其他目的 易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合：=能更明顯 現明如下。本發明係提 格圖式，作詳細 種色心格式轉換方法及使用該 第5頁 0719-A20092TlV(Nl)；92.〇〇l6；alexchen.ptd 1247247 ------- 五、發明說明（3) 方法之遠端控制裝置， 別適用於個人電腦、工 成/滑鼠（K V Μ )管理系 端控制裝置例如可為單 或是積體電路。 由於色彩袼式轉換 右使用一般的方式做運 片面積，且運算時間也 能在預定的操作頻率（ 作頻率）下達到在一個 運异。值得注意的是， 本發明對上述算式 僅達到減少計算時間的 減。前述RGB轉換YCbCr 處理，由於係數是固定 數，以上述算式（1)之二 業雪《<種影像格式之轉換裝置，特 絲所月:及機f内伺服器之鍵盤/視 、曰使用之遠端控制裝置，其中遠 θ9 具有鼓入式功能之晶片架構 ί式中有許多的乘法及加法運算， =，不僅浪費實現該轉換方法的晶 ㊂太長。為了減少晶片面積，以及 例如在0.25um製程，83·3ΜΗζ之操 循環週期（Cycle Peri〇d )内完成 本發明亦適用於更高的操作頻率。 進行分析，歸納出下面的方法，不 需求，更對晶片面積做有效的縮 之轉換公式的算式中有小數運算的 的’因此先將小數轉換成二進制的 二個係數為例： 0. 257 = 〇. 0 1 00 0 0 0 1 H00 + 〇 1 0 0 0 00 1 1 1 〇〇 〇.504 = 〇. looooooioooo + 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 〇.098 = 〇.OOOliooioooi 今 0001100l〇〇〇i 在做乘法運算時，先將係數的小數點向右移動丨2位 元，化成整數的乘法運算，然後於完成二進制乘法演算 後’再將小數點向左移回1 2位元’以取得正確的運算妹 果，其中上述乘法運算例如可為丨2位元（係數）χ 8位元

1247247 五、發明說明（4) (色彩輸入值）的乘法。 在進行加法運算之前，先建立一色彩轉換表格，包括 展開用以轉換色彩格式之一四則運算式而得之複數個加法 項，並且排除所有位元欄位皆為〇之加法項。以（〇. 2 5 7 * R)這個運算項為例，係數0.2 5 7轉換成〇1〇〇〇〇〇11100，乘 數R轉換成R7R6R5R4R3R2R1R0，其算式展開如第la、15圖 所示，其餘乘法運算則以此類推。其中有許多〇的加法項 (Additive Term )，在運算過程^省略，若使用傳統的 乘法器，必定會浪費運算的面積及時間，因此簡化如第2 圖所示。 在二進位的乘法運算過程中，將所有加法項相加得到 運异結果’然2若使用一般的加法器，由於進位延遲的影 響’將使得運异時間過長。因此 右太恭 、 ^ ^ I, ^ ^carry-Loo _Ahtfd ； ： ^ ^ μ ·η夕、靈管话篮叫 y L00k Ahead貭异法。接著將算 式（1)之運#員展開，刪除為〇的加法項，留下 加法的項，再將所有的加法項對準其相位-^ 3a、3b圖所示。 丁應之位兀，如弟 接下來’將各加法項進行分 最小位元數的加法器進行加法；=組之間使用 減少加法的階層數。其中將所有的 ：相力:， 加法器使用的位元婁…p讓要使相加的兩力=減f 2 位元數為最少。如第3a、3b圖所示，首 去項之相差的 尋，在位元0時發現有一項 攸位元0開始搜 著搜尋位元1、位元2，在你-Π ：定義為Terml。接 在位凡2發現有一項要相加，將其

1247247 五、發明說明（5) " ' "一^—一~ 定義為Term2，Terml與Term2相差之位元數最少，僅2個位 元，在做相加時，僅需1 〇位元的加法器，如第4圖所示。 接著以此法方法繼續往下搜尋，使兩兩加法項以最小的加 法器相加。 舉例來說，Terml + Terni2的運算，先將兩項的位元 數對齊，空白的欄位補〇，由於Ter m2的位元1及位元2為 〇 ’不會有進位的考量，故相加的和直接填上β 1、b 〇的 值，用此方式有效省下兩個位元的加法所佔的空間，原本 需要用1 0位元Μ 0位元的加法器做相加，現在僅需要8位元 + 8位元的加法器，而使用Carry-Look-Ahead演算法做相加 用以避免進位延遲的發生，造成計算速度過慢。同樣的， 將Term3及Term4的位元數對齊，空白的攔位補〇，使相加 後的和在位元3可以直接代入R〇的值，因此用一個8位元+ 8 位元的加法器即可進行相加。本發明針對每一個加法運 算’設計一個不會浪費位元數的加法器以減少晶片面積的 浪費’在這邊必須注意的是各項相加時，位元數必須對 齊。 ' 第5圖係顯示本發明第一實施例之各加法項相加之階 層示意圖。第0階顯示Terml至Term 1 0分別相加後，產生 Termll至Terml5。第1階顯示Termll至Terml5與整數16分 別相加後，產生Terml6至Terml8。第2階顯示Terml6和

Term 1 7相加後產生Term 1 9，最後第3階顯示相加結果，即 Terml8 與Terml9 相加。 第6圖係顯示本發明第一實施例之各加法項相加之樹

0719-A20092TW(Nl);92-0016;alexchen.ptd 第 8 頁 1247247 五、發明說明（6) 狀示意圖’利用C a r r y - L ο 〇 k - A h e a d演算法，且經由第〇階 (LayerO)〜第3階（Layer3)層層相加，即可很快取得Y 的值。利用本發明方法在一個循環週期内將γ值算出，且 所使用的晶片面積也較傳統方法減少許多。另外，在計算 Cb、Cr的過程中，會有相減的算式在裡面，本發明係採用 2 s補數相加來達成。在計算機的計算系統裡，相減的動 作如果用減法器來做，會相當浪費面積及計算時間，故使 用一些技巧以減少計算的時間及面積，Cb、Cr的轉換公式 如下：

Cb = - (0.148 * R) - (0.291 t G) + (0.439 * Β) + 1 2 8 …（2 )

Cr - ( 0.439 * R). ( 0.368 * G)- (0.071 * B) + 128 -(3) * 以异式（2 )為例，具有兩個負的運算項，_ ( 〇. j 4 8 * R)與-(0.291 *G)，可以把它看成—[(〇148*R) + (0 · 2 91 * G )]，因此得到下列算式：

Cb =[ ( 0.439 * β)+ 128]-[ (〇·148 * (0.291 * G ) ] ··· (4) 同樣地，係數轉換成二進制 的數 ，如下所示： 0. 148 - 〇. 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 今 001001011110 0.291 - 0.010010100111 010010100111 0.439 - 0. 011100000110 今 011100000110 在計异的過程中’分別對前後兩個中括號内的加法做

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運^。以（〇· 439 * B ) + 128來說，如第7a、7b圖所示， 計算過程與前述之γ值運算相同。要注意的是，其中^， 圖標記之數字1為算式（4)中的常數128之二進位表示，^ ，行Term6 + Term8時，直接填入此處以減少額外的運 异’隶後得到之結果如T e r m 9所示之值。 以（〇· 148 * R ) + (〇· 291 * G )來說，如第8a、 圖所示，同樣進行與上述相同之運算操作，最後得 果如Term23所示。 να 參考第9a、9b圖，在取得兩個中括號内之運算結果 後，再將這兩個值相減，先Term23之值取2，s補數再°和

Term9 之值相加，即Term9 - Term23 = Term9 + (〜Term2 )I在此仍需注意位元數的對齊。取2，s補數的原理為， 先將數值取反相，即將位元值由〇變為i或由i變為〇 /最’ 再加上1。故第9a圖所標記之數字i即為取補數時需加=< 值。由於位元對齊的關係，可將數字i填入丨t em 9之位一 〇 的位置，減少取2 ’ s補數時，加1所需之額外運算時間。 另外，的運算原理與上述Cb的運算原理相同Y故 本文中不再作說明。當完成運算後，γ、Cb、Cr分別取〜在 一組20位元的值，並以二進制表示。然而，實際上在仔 計算結果時，位元19到位元12屬於整數，而位元丨丨到:出 0屬於小數，分別將三個二進制數值之整數與小數部份70 換回十進制即可取得所需之計算結果。 刀得 第1 〇圖係顯示本發明第一實施例之色彩格式轉換方 之步驟流程圖。如上文所述，藉由分析色彩轉換公式得到

0719-A20092TlV(Nl)；92-〇〇i6；alexchen.ptd 第10頁 1247247 五、發明說明⑻ ' --〜--—_____ 禝數二進制之加法項，再將所有加法項 表格中。如第6圖所示，以本發明第一、者子至一色彩轉換 例，在完成分析色彩轉換公式後，得到貝第:^中之Y算式為 Terml〜TermlO (步驟S1 )。接著將所有加=之加法項 Terml與Term2 —組，Term3與Term4 _組，以項分組，即 每組之兩加法項具有最少之相差位元數（步=隹，其中 著，以相應於各組加法項之具有最小位元數^ )。接 加法項相加以取得第i階之Terml丨（步驟S3 ) 。ϋ法為將兩 如上文所述，將Terml與Term2的位元數對赢，办 攔位補0，由於Term2的位元1及位元2為，，〇”，不"會有工進&的 的考量，故其相加的和可以直接填上耵、B〇的值'用此位方 式省下兩個位元的加法所佔的空間，原本需要用丨〇位元 + 10位元的加法器做相加，現在僅需要8位元诎位元的加法 器。另外，使用Carry-Look-Ahead演算法做相加，其它加 法項運算則以此類推，分別得到第！階之Term丨2〜

Terml5 〇 接下來’步驟S 2與步驟S 3所述，將第1階之加法項分 組，並且以相應於各組加法項之具有最小位元數之加法器 將兩加法項相加以取得第2階之T e r m 1 6〜T e r m 1 8 (步驟S 4 )。因為在本階層之加法項為奇數項，故將γ算式中之常 數項16與Terml5分成同一組。重複前述操作，將Terml6與 Terml 7相加得到第3階之Terml 9，最後再將第2階的Terml 8 與第3階的Terml9相加即可得到Y的結果（步驟S5 )。 第11圖係顯示本發明之遠端控制裝置架構示意圖。本

0719-A20092TW(Nl);92-0016;alexchen.ptd 第11頁 1247247 五、發明說明（9) 發明之遠端控制裝置u 〇包括視訊偵測 元件1 1 5以及儲存姐#彳彳7 1 3、視讯轉換 彩轉換表格，其存中媒色體 =換體:用以儲存有一色 所得之位於第〇階之複數力又〇已括刀析色彩轉換公式後 所示。 &之複數個加法項’如第6圖之第一實施例 視訊偵測元件U3债測一視訊源m之影 、， 將影像讯唬傳遞至視訊轉換元件丨丨5。視吨。^亚且 收到影像訊號後1進行色彩格式轉換之摔V凡件决 115接 第0階之加法項進行分組，然後分別對以。^先，將 加法：咐令兩加法項的相加，以 ―;二位-之 貝接者重稷則述刼作取得最後的運算結 本毛明之色彩格式的轉換方， 方法中使用之#、本W她A 、 k將傳統色彩格式轉換 換成加法器’並依係數執行最佳化處 理J減〆日日片面積，並可達到要求之運算义亲序，你〜同 像或視訊貧料減少許多以利網路傳輸。、又使付圖 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上 限定本發明，任何孰習此枯蓺I . “、、其並非用以 和範圍内，當爾本發明之精神 範圍♦視後m-室ί動與飾，因此本發明之保護 靶Ν田視後附之申凊專利範圍所界定者為準。 0719-A20092TW(N1);92-0016;alexchen.ptd 第12頁 1247247 圖式簡單說明 第1 a、1 b圖係顯示本發明第一實施例之展開Y算式所 得加法項之示意圖。 第2圖係顯示本發明第一實施例之簡化展開Y算式所得 之加法項之示意圖。 第3a、3b圖係顯示本發明第一實施例之簡化展開Y算 式所得之加法項之示意圖。 第4圖係顯示本發明第一實施例之對各加法項進行分 組相加之示意圖。 第5圖係顯示本發明第一實施例之各加法項相加之階 層示意圖。 第6圖係顯示本發明第一實施例之各加法項相加之樹 狀示意圖。 第7a〜9b圖係顯示本發明第二實施例之對各加法項進 行分組相加之示意圖。 第1 0圖係顯示本發明第一實施例之色彩格式轉換方法 之步驟流程圖。 第11圖係顯示本發明之遠端控制裝置架構示意圖。 【符號說明】 11 0〜遠端控制裝置 11 1〜視訊源 11 3〜視訊偵測元件 11 5〜視訊轉換元件 11 7〜儲存媒體

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Claims (1)

1247247 ^、申請專利範圍 ι· 一種色彩格式轉換方法，用以將RGB影像格 為YCbCr影像格式，包括下列步驟： 代得換 分析一RGB影像格式，並產生一色彩轉換表袼， 彩轉換表格包括複數個加法項；以及 ^巴 對該等加法項進行加法程序，以取得該YCbc^ 式之值，其中該加法程序至少包括下列步驟： 7冬。 自該色彩轉換表格取得第—階之複數加法項. 將該等加法項之每兩加法項分成同一組· b Η:加法器對該每一組加法項進行相加，以取得下 階之加法項，其中該加法器之仅 侍下一 之兩加法項中具有最多位元數者相同？：： -組加法項中 重複該加法程序之該等步 果。 外以取仟取後之運算結 2 ·如申請專利範圍第1頊 / 其中，產生該色彩轉換表格' a的色彩格式轉換方法， 將-色彩轉換公式之係數 5匕括下列步驟： 數 制之正 保數與像素值轉換為二進 項 將上述係數與像素值相乘， 並且排除所有位元攔位皆 f到複數一進制之加法 將剩餘之複數加法項 ’、、、之加法項；以及 複數加法項係表示為第1皆 ;、色彩轉換表格中，上 3 ·如申請專利範圍第丨 去項。 其中，上述每一組加法項、所述的色彩格式轉換方法， 元數。 、之兩加法項具有最少之相差 位

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4.如申請專利範圍第1項所述的 其中，該複數加法項係經由分析RGB 公式而得。 色彩格式轉換方法， 轉換YCbCr之色彩轉換 5.如申請專利範圍第1項所述的 其中，該每一組加法項中之兩加法 數。 、 色彩格式轉換方法 具有最少之相差位 元 6. 其中 7· 其中 遠端控 表格包 測元件 將該等 吕亥每' 該加法最多位 之運算 如申請專利範圍第丨項所述的色彩格式轉換方法 利用Qrry-Look-Ahead演算法執行該加法運算 如申，專利範圍第丨項所述的色彩格式轉換方^ 该運j之減法運算係採用2, s補數相加來達成。 一種遠端控制裝置，用以轉換視訊影像之袼 制裝置至少包括·· ° > =體广儲存一色彩轉換表格’該色彩轉換 括刀析一色彩轉換公式所取得之複數個加法項· 視訊偵測元件，用以接收並偵測該視訊影像；、以及 視：Ϊ ΐ:件，分別耦接於該儲存媒體及該視訊偵 色彩轉換表格取得第一階之該等加法項，並 加法項之每兩加法項分成同一組，利用一加半哭 ，加法項進行相加，以取得下一階之加法項’，&中 态之位兀數與該每一組加法項中之兩加法項中^有 者相同，以及重複前述之加法運算以取得^後 該 9 · ^申請專利範圍第8項所述的遠端控制裝置，其 中該等加法項為二進制之加法項，其中排除所有位元欄

1247247_ 六、申請專利範圍 位皆為0之加法項。 1 0.如申請專利範圍第8項所述的遠端控制裝置，其 中，上述每一組加法項中之兩加法項具有最少之相差位元 數。 11.如申請專利範圍第8項所述的遠端控制裝置，其 中，上述色彩轉換公式係用以將RGB之色彩格式轉換為 YCbCr之色彩格式。 1 2.如申請專利範圍第8項所述的遠端控制裝置，其 中，利用Carry-Look-Ahead演算法執行上述加法運算。 1 3.如申請專利範圍第8項所述的遠端控制裝置，其 中，上述運算之減法運算係採用2 ’ s補數相加來達成。

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