TWI401964B - Image file processing method - Google Patents

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Description

影像檔案的處理方法
本發明係關於一種影像檔案的處理方法，特別是關於一種將影像檔案部分解碼的方法。
在現今的日常生活中，各種取代傳統類比技術的數位化產品已非常普及，數位相機便是一個很好的例子。數位相機利用光感測器擷取影像並轉換為數位訊號後，以電子圖檔的格式將擷取的影像儲存成影像檔案。目前最廣泛的影像檔案格式之一為靜態影像壓縮標準(Joint Photographic Experts Group，JPEG)，且JPEG格式的影像檔案已使用於絕大多數的數位相機或其他數位化產品。
而擷取影像之後，使用者常會檢閱被儲存於數位相機中的影像檔案。但是不論存在數位相機中的影像具有多高的解析度，使用者都只能透過小尺寸的顯示螢幕檢視被縮小影像。因此當使用者想要仔細檢視影像內的部分範圍時，會將影像放大，以檢視部分的影像的細節。
但即使只需將影像的部分範圍放大並呈現給使用者，最直接的處理方式需將整個影像檔案解碼回全解析度(full resolution)後，再顯示使用者指定的部分影像。這種做法需要預備有能夠容納全解析度之影像的記憶體，因此會耗費大量的記憶體容量、記憶體讀寫頻寬以及解碼影像時的運算量。且隨著時代進步，影像的解析度增長快速，更加重了解碼時的負擔。
為了減少所需的記憶體容量，可考慮僅將影像內的部分範圍解碼並顯示給使用者。相關技術例如可參見美國專利公告第7,480,418號。相較於原始的檔案，習知的做法會因額外負擔(overhead)而增加影像檔案的大小，並且影響資料壓縮比。再者，處理過的影像檔案並無法適用於現有而通用的解碼器(例如JPEG解碼器)，而喪失了絕大的流通性。
由上述可知，本發明提供一種影像檔案的處理方法，藉以解決習知技術中無法僅將影像內的部分範圍解碼或處理影像檔案的方法具有耗費大量的記憶體容量、記憶體讀寫頻寬以及解碼影像時的運算量，額外負擔過重和/或無法適用於現有之解碼器等問題。
本發明所揭露之影像檔案的處理方法，用以根據一展開範圍將影像內的部分範圍解碼，進而顯示展開範圍圈選到的部份影像。
首先，提供一影像的一影像檔案。其中，此影像劃分成多個影像塊(image block)，並以至少一列的影像塊依序將影像定義成多個影像排(band)。而影像檔案包括一位元流(bit stream)以及一可交換影像檔案(Exchangeable Image File，EXIF)資料。且影像檔案可為一靜態影像壓縮標準(Joint Photographic Experts Group，JPEG)格式。
位元流可以以一霍夫曼編碼(Huffman coding)方式表示影像。位元流具有個別對應影像之影像排的多個片段，以及分別位在這些片段之後的多個再啟動標記(Restart Marker，RSTm，RM)。而再啟動標記的值可以是0xFFD0至0xFFD7之一。其中每一個片段具有一非差值型直流係數(non-differential form DC，非差值型DC係數)，且非差值型DC係數係對應於片段所對應之影像排的第一個影像塊。
可交換影像檔案資料包括多個影像排指標(band indicator)；影像排指標個別對應影像排，且每一個影像排指標係用以指示對應之影像排所對應的片段位在位元流中的位置。此外，可交換影像檔案資料另可包括影像被擷取時的一拍攝參數。而拍攝參數則可為一相機型號、一焦距、一拍攝時間、一曝光時間(exposure time)、一光圈值(f-number)、一感光度(photosensitivity)或是一測光模式(metering)。
接著影像檔案的處理方法包括：依據用以選擇影像的局部區塊的展開範圍，讀取至少一影像排指標；以及依據讀取到的影像排指標以及展開範圍涵蓋的影像排所對應的非差值型DC係數，將位元流中對應展開範圍所涵蓋的至少一個影像排的至少一個片段解碼，以得到至少一個影像排。
而影像檔案的處理方法另可包括：顯示影像中對應解碼之影像排中展開範圍的部分影像。
上述之影像排指標可記錄對應片段的一片段長度，或是對應的片段在位元流中的一片段起始位置。且影像排指標的相對位址或絕對位址的長度可相同或遵循固定格式，以減少解碼的難度而增進處理影像檔案的速度。
此外，為了使影像檔案能夠普遍地適用於現有的解碼器(decoder)，可將每8個連續的影像排定義為一大影像排，並將對應之每8個連續的片段定義為一大片段。其中每一個大片段中的這些片段的再啟動標記的值可依序為0xFFD0、0xFFD1、0xFFD2、0xFFD3、0xFFD4、0xFFD5、0xFFD6以及0xFFD7。
綜上所述，根據本發明之影像檔案的處理方法可僅將展開範圍涵蓋的影像排對應之位元流的片段解碼。因此，根據本發明之影像檔案的處理方法並不需將整張影像都解碼回全解析度，而大量節省下解碼時所需的記憶體容量、記憶體讀寫頻寬以及運算量。在根據本發明之影像檔案的處理方法中，影像檔案係將影像排指標寫在EXIF資料附加於JPEG檔案中，而位元流的部分仍符合JPEG規範，故可相容於現有之JPEG解碼器。並且，相較於習知的做法，在根據本發明之影像檔案的處理方法中，在EXIF資料中增加之影像排指標所造成的額外負擔(overhead)非常小，因此影像檔案可具有優秀的資料壓縮比。
根據本發明之影像檔案的處理方法係用以根據一展開範圍(亦可稱為興趣窗，window of interest，WOI)將影像內的部分範圍解碼，進而顯示展開範圍圈選到的部份影像。影像檔案的處理方法可處理一影像的一影像檔案。此影像檔案的處理方法可依據展開範圍，並僅將部分的影像檔案解碼以得到於展開範圍內的部分影像。部分的影像檔案係指單一影像檔案中的一部份。
「第1圖」係為根據本發明一實施範例之影像檔案之示意圖。
參照「第1圖」，影像檔案20包括一位元流(bit stream)30以及一可交換影像檔案(Exchangeable Image File，EXIF)資料40。影像檔案20可為一靜態影像壓縮標準(Joint Photographic Experts Group，JPEG)格式，然本發明並不僅限於靜態影像壓縮標準，凡可達成本目的之影像檔案20應皆涵蓋之。。
「第2圖」以及「第3圖」分別為根據本發明一實施範例之影像之示意圖以及位元流之示意圖。
請參照「第2圖」以及「第3圖」，影像50被劃分成多個連續的影像塊(image block)56，並且以至少一列的影像塊56依序將影像50定義成多個影像排(band)52。也就是說，影像排52包括至少一列的影像塊56。舉例來說，在編碼時，可以一個或多個影像塊56作為一最小編碼單元(minimum coded unit，MCU)54，並且以一列的MCU 54依序將影像50定義成多個影像排52。其中，影像塊56的大小例如可以是8*8像素(pixel)。
位元流30可以以一霍夫曼編碼(Huffman coding)方式表示影像50。影像50可用色差色彩空間(YCb Cr color space)的方式表示。其中，YCb Cr 色彩空間的Y、CB 以及Cr 分別代表影像50中一個像素的亮度(Luminance，亦稱為明度)、藍色色度(Chrominance，亦稱為彩度或飽和度)以及紅色色度。而每一個MCU 54可用色差色彩空間表示成至少一數據單元(data unit)。以MCU 54為單位對影像50取樣及編碼的方式有很多種。常見的取樣方式例如有「4：4：4」、「4：2：2」、「4：2：0」或是「4：1：1」。舉例來說，「4：2：0」的取樣方式係代表一個MCU 54中包括4個影像塊56，且一個MCU 54以4個影像塊56的亮度與影像塊56之間的藍色色度與紅色色度之6個數據單元表示。
在JPEG影像標準中，每一個壓縮後的數據單元可用一影像直流係數(DC coefficient，DC係數)以及63個影像交流係數(AC coefficient，AC係數)來表示。位元流30可包括經霍夫曼編碼後的數據單元的影像DC係數以及影像AC係數。於位元流30中的影像DC係數可以是以非差值型(non-differential)或是差值型(differential)。非差值型的影像DC係數係代表這個DC係數的值是完整而獨立的，而差值型的影像DC係數係記錄這一個數據單元與上一個數據單元之影像DC係數的差異。
因此，當位元流30中是以差值型的影像DC係數來表示數據單元時，相較於以非差值型的影像DC係數來表示，位元流30可具有較少的位元(bit)數，進而能減少整個位元流30的長度。但在進行解碼而欲得知一個差值型的影像DC係數所代表的完整的值時，便需往位元流30的起始端找到離此影像DC係數最近的一個非差值型的影像DC係數，以利用最近的非差值型的影像DC係數來得到代表此差值型的影像DC係數的完整的值。舉例來說，可將距離欲解碼之差值型的影像DC係數最近的非差值型的影像DC係數與欲解碼之差值型的影像DC係數之間所有的差值型的影像DC係數累計。
位元流30具有個別對應影像50之影像排52的多個片段32，而片段32係包括對應的影像排52中所有編碼過的數據單元。位元流30並具有分別位在這些片段32之後的多個再啟動標記(Restart Marker，RSTm，或稱為RM)38，而再啟動標記38的值可以是0xFFD0至0xFFD7之一。
位元流30中的每一個片段32的起始處具有一非差值型DC係數39，也就是一個非差值型的影像DC係數，且非差值型DC係數39係對應於片段32所對應之影像排52的第一個影像塊56。更詳細地說，非差值型DC係數39係為片段32所對應之影像排52的第一個MCU 54中，代表明度、藍色色度以及紅色色度數據單元的影像DC係數，其係為非差值型的影像DC係數。
且於JPEG規範之中，每一個再啟動標記38之後都會接續非差值型DC係數39，因此影像檔案20符合JPEG規範，而能被一般現有的JPEG解碼器(decoder)以傳統的方式展開回全解析度(full resolution)的影像50。
請參照「第4圖」，其係為根據本發明一實施範例之可交換影像檔案資料之示意圖。影像檔案20的EXIF資料40包括多個影像排指標(band indicator)42。影像排指標42個別對應影像排52，且每一個影像排指標42係用以指示對應之影像排52所對應的片段32位在位元流30中的位置。其中影像排指標42可以記錄對應的片段32的一片段長度，或是對應的片段32在位元流30中的一片段起始位置。也就是說，影像排指標42能以紀錄絕對位址或是相對位址的方式來將對應之影像排52進行定址。全部的影像排指標42的相對位址或絕對位址的長度可相同或遵循固定格式，以減少解碼的難度而增進處理影像檔案20的速度。
然而影像檔案20中，影像排指標42亦可採用同時混合使用絕對位址或相對位址的方式將對應之影像排52進行定址。只要以位元映像(bitmap)等方式紀錄，或遵循預先約定好的方式如絕對位址與相對位址固定交錯方式，就可以知道接下來的影像排指標42是採用絕對位址或是相對位址。故影像排指標42的相對位址或絕對位址的長度亦可不同，例如採用相對位址時長度可較短。而位元映像亦可與影像排指標42一同被存放於EXIF資料40之中。
此外，EXIF資料40另可包括影像50被擷取時的一拍攝參數。而拍攝參數則可為一相機型號、一焦距、一拍攝時間、一曝光時間(exposure time)、一光圈值(f-number)、一感光度(photosensitivity)或是一測光模式(metering)。
請參照「第5圖」與「第6圖」，其分別為根據本發明一實施範例之影像檔案的處理方法之流程圖，以及展開範圍的示意圖。接下來藉由「第5圖」與「第6圖」詳細說明本發明提供之影像檔案的處理方法處理上述之影像檔案20的步驟。而影像檔案的處理方法可依據展開範圍58將部分的位元流30解碼以得到於展開範圍58內的部分影像。
首先，提供如上述之影像50的壓縮影像檔案20(步驟S100)，及被框選的展開範圍58。其中展開範圍58可以由使用者指定，且展開範圍58涵蓋至少一個影像排52。接著依據展開範圍58，於EXIF資料40中讀取與被展開範圍58涵蓋之影像排52對應的影像排指標42(步驟S110)。於影像檔案的處理方法中，會先依據展開範圍58確認展開範圍58涵蓋到影像50中的哪一個或哪些影像排52。例如於「第6圖」中，影像50包含影像排52a、52b、52c以及52d，其中展開範圍58涵蓋影像排52b以及52c。因此於步驟S110中，對應於影像排52b以及52c的影像排指標42會被讀取，以得到影像排52b以及52c對應的片段32在位元流30中的位置。
當影像排指標42中記錄的是對應的片段32在位元流30中的片段起始位置時，讀取對應於影像排52b以及52c的影像排指標42即可直接得知影像排52b以及52c對應的片段32在位元流30中的絕對位置。而當影像排指標42中記錄的是對應的片段32的片段長度(可視之為對應的片段32於位元流30之中的相對位置)時，亦需讀取對應影像排52b的影像排指標42之前的所有影像排指標42並將其加總，以得到影像排52b以及52c對應的片段32在位元流30中的絕對位置。也就是說，藉由影像排指標42，可以得知對應之片段32的內容在位元流30之中是由哪一個位元開始記錄的。
再來，依據讀取到的影像排指標42以及展開範圍58涵蓋的影像排52，將位元流30中對應展開範圍58所涵蓋的至少一個影像排52的至少一個片段32解碼，以得到至少一個影像排52的部分影像(步驟S120)。
依據讀取到的影像排指標42可找到其對應的片段32，由於能夠直接由展開範圍58涵蓋之影像排52對應的片段32進行運算，因此於步驟S120中進行解碼時，位元流30中展開範圍58對應的片段32之前的所有片段32都不需被解碼。
解碼時得到展開範圍58對應之片段32的起始處的非差值型DC係數39後，便可依據非差值型DC係數39將展開範圍58對應之片段32解碼。例如假設在展開範圍58對應之片段32中，除了非差值型DC係數39之外所有的數據單元都使用差值型的影像DC係數以及其他影像AC係數。則只要將欲解碼之數據單元的影像DC係數與非差值型DC係數39之間所有的影像DC係數累加起來，便可得到與解碼之數據單元的差值型的影像DC係數所代表的完整的值，並用以將此數據單元解碼。因此，整個位元流30之中只有與展開範圍58對應之片段32被解碼，以獲得展開範圍58涵蓋之影像排52。
此外，影像檔案的處理方法另可包括：顯示影像中對應解碼之影像排52中的展開範圍58的部分影像。也就是說，可僅將影像排52中被展開範圍58框選的部分影像顯示給使用者檢閱。
然而部分現有的解碼器只能辨識出第一次出現之再啟動標記38的值為0xFFD0。為了使影像檔案的處理方法能夠普遍地適用於現有的解碼器，可將連續8個影像排52定義為一大影像排，並將對應之每8個連續的片段32定義為一大片段。更佳的是，每一個大片段中的這些片段32的再啟動標記38的值依序為0xFFD0、0xFFD1、0xFFD2、0xFFD3、0xFFD4、0xFFD5、0xFFD6以及0xFFD7。如此一來，以大影像排為單位便可避免部分彈性不足的現有解碼器只能辨認值為0xFFD0之再啟動標記38的問題。
綜上所述，根據本發明之影像檔案的處理方法讀取寫於EXIF資料中的影像排指標，並可僅將展開範圍涵蓋的影像排對應之位元流的片段解碼。因此，根據本發明之影像檔案的處理方法不需將整張影像都解碼回全解析度，而可大量節省下解碼時所需的記憶體容量、記憶體讀寫頻寬以及運算量，進而大幅提昇將影像部分解碼所需的時間，亦減少完成此影像處理所需的成本。再者，在根據本發明之影像檔案的處理方法中，影像檔案係將影像排指標寫在EXIF資料附加於JPEG檔案中，而位元流的部分符合JPEG規範。因此本發明所提供之影像檔案可相容於現有之JPEG解碼器，而保留其廣大的可流通性。且相較於習知的做法，根據本發明之影像檔案的處理方法，在EXIF資料中增加之影像排指標所造成的額外負擔(overhead)非常小，因此影像檔案的資料壓縮比仍可維持。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
20．．．影像檔案
30．．．位元流
32．．．片段
38．．．再啟動標記
39．．．非差值型直流(DC)係數
40．．．可交換影像檔案(EXIF)資料
42．．．影像排指標
50．．．影像
52,52a,52b,52c,52d．．．影像排
54．．．最小編碼單元(MCU)
56．．．影像塊
58．．．展開範圍
第1圖係為根據本發明一實施範例之影像檔案之示意圖；
第2圖係為根據本發明一實施範例之影像之示意圖；
第3圖係為根據本發明一實施範例之位元流之示意圖；
第4圖係為根據本發明一實施範例之可交換影像檔案資料之示意圖；
第5圖係為根據本發明一實施範例之影像檔案的處理方法之流程圖；以及
第6圖係為根據本發明一實施範例之展開範圍之示意圖。

Claims (9)

  1. 一種影像檔案的處理方法，包括：提供一影像的一影像檔案，該影像劃分成多個影像塊，以至少一列的該些影像塊依序將該影像定義成多個影像排，其中該影像檔案包括：一位元流，係表示該影像，該位元流具有個別對應該些影像排的多個片段，以及分別位在該些片段之後的多個再啟動標記；以及一可交換影像檔案資料，包括多個影像排指標，該些影像排指標個別對應該些影像排，且每一該影像排指標係用以指示對應之該影像排所對應的該片段位在該位元流中的位置；依據用以選擇該影像的局部區塊的一展開範圍，讀取至少一該影像排指標；以及依據讀取到的該影像排指標以及該展開範圍涵蓋的該影像排所對應的一非差值型直流係數，將該位元流中對應該展開範圍所涵蓋的至少一該影像排的至少一該片段解碼，以得到至少一該影像排。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像檔案的處理方法，另包括：顯示該影像中對應解碼之該影像排中的該展開範圍的部分影像。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像檔案的處理方法，其中該影像排指標係記錄對應的該片段的一片段長度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像檔案的處理方法，其中該影像排指標係記錄對應的該片段在該位元流中的一片段起始位置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像檔案的處理方法，其中每8個連續的該些影像排定義為一大影像排，對應之每8個連續的該些片段定義為一大片段。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之影像檔案的處理方法，其中每一該大片段中的該些片段的該些再啟動標記的值依序為0xFFD0、0xFFD1、0xFFD2、0xFFD3、0xFFD4、0xFFD5、0xFFD6以及0xFFD7。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像檔案的處理方法，其中該可交換影像檔案資料另包括該影像被擷取時的一拍攝參數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像檔案的處理方法，其中該拍攝參數係為一相機型號、一焦距、一拍攝時間、一曝光時間、一光圈值、一感光值或是一測光模式。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之影像檔案的處理方法，其中該些影像排指標的相對位址或絕對位址的長度相同。
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