TWI813988B - 影像傳輸方法以及影像傳輸系統 - Google Patents

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Abstract

一種影像傳輸方法，包含：以一第一頻寬接收一輸入影像，該輸入影像具有一第一解析度；根據該輸入影像產生一縮小影像與輔助資訊，該縮小影像具有低於該第一解析度的一第二解析度；以一第二頻寬傳輸該縮小影像，以及以一第三頻寬傳輸該輔助資訊，其中該第二頻寬與該第三頻寬小於該第一頻寬；以及根據該縮小影像以及該輔助資訊產生一還原影像，該還原影像具有該第一解析度。

Description

影像傳輸方法以及影像傳輸系統
本發明有關於影像傳輸方法以及影像傳輸系統，特別有關於可適用不同解析度之影像的影像傳輸方法以及影像傳輸系統。
資料切換矩陣系統具有多個輸入埠和多個輸出埠，可將多個來源裝置所提供的影音資料輸出到多個目的裝置上。舉例來說，可將宴會場所不同電腦(來源裝置)上的影音資料輸出到電視牆(目的裝置)上。
然而，習知的資料切換矩陣系統通常只適用單一解析度的影像，如此會造成使用上的不便以及成本上的增加。舉例來說，若使用者購買的資料切換矩陣系統僅能使用在4K影像，則使用者想使用8K影像時，這資料切換矩陣系統無法進行8K影像的傳輸。因此使用者須要再購買能使用8K影像的資料切換矩陣系統。如此不但增加了成本，也讓資料切換矩陣系統的使用範圍十分受限。
因此，本發明一目的為提供一種可適用不同解析度的影像的影像傳輸方法。
本發明另一目的為提供一種可適用不同解析度的影像的影像傳輸系 統。
本發明一實施例提供了一種影像傳輸方法，包含：以一第一頻寬接收一輸入影像，該輸入影像具有一第一解析度；根據該輸入影像產生一縮小影像與輔助資訊，該縮小影像具有低於該第一解析度的一第二解析度；以一第二頻寬傳輸該縮小影像，以及以一第三頻寬傳輸該輔助資訊，其中該第二頻寬與該第三頻寬小於該第一頻寬；以及根據該縮小影像以及該輔助資訊產生一還原影像，該還原影像具有該第一解析度。
本發明另一實施例提供了一種影像傳輸系統，包含：一輸入埠，以一第一頻寬自一輸入影像源接收一輸入影像，該輸入影像具有一第一解析度；一影像處理模組，耦接該輸入埠，用以根據該輸入影像產生一縮小影像與輔助資訊，該縮小影像具有低於該第一解析度的一第二解析度；一影像還原模組，耦接該影像處理模組，該縮小影像以一第二頻寬被傳輸至該影像還原模組，該輔助資訊以一第三頻寬被傳輸至該影像還原模組，其中該第二頻寬與該第三頻寬小於該第一頻寬，該影像還原模組根據該縮小影像以及該輔助資訊產生一還原影像，該還原影像具有該第一解析度；以及一輸出埠，耦接該影像還原模組，用以將該還原影像輸出至一目標裝置。
根據前述實施例，使用者可在不購買額外影像傳輸系統的狀況下，可進行具較高解析度的影像的傳輸，不僅減少了成本，也增加了影像傳輸系統的運用範圍。根據前述實施例，使用者可在不購買額外影像傳輸系統的狀況下，可進行具較高解析度的影像的傳輸，不僅減少了成本，也增加了影像傳輸系統的運用範圍。
400:影像傳輸系統
401:影像處理模組
402:壓縮器
403:影像還原模組
404:解壓縮器
500、600:資料切換矩陣系統
501、601:切換矩陣
CB_1:第一電路板
CB_2:第二電路板
CB_3:第三電路板
CB_4:第四電路板
IP:輸入埠
OP:輸出埠
IMS:輸入影像源
TD:目標裝置
第1圖、第2圖以及第3圖繪示了根據本發明不同實施例的影像傳輸方法的示意圖。
第4圖繪示了本發明所使用的演算法的其中一例。
第5圖和第6圖繪示了根據本發明不同實施例的影像傳輸系統。
第7圖、第8圖和第9圖繪示了根據本發明不同實施例的資料切換矩陣系統。
以下將以多個實施例來描述本發明的內容，還請留意，各實施例中的元件可透過硬體(例如裝置或電路)或是韌體(例如微處理器中寫入至少一程式)來實施。此外，以下描述中的”第一”、”第二”以及類似描述僅用來定義不同的元件、參數、資料、訊號或步驟。並非用以限定其次序。
第1圖、第2圖以及第3圖繪示了根據本發明不同實施例的影像傳輸方法的示意圖。如第1圖所示，本案的影像傳輸方法包含以下步驟：自一輸入影像源以第一頻寬接收一輸入影像IM，輸入影像IM具有一第一解析度；對輸入影像IM進行縮小處理以產生一縮小影像SM，並對輸入影像IM進行演算以產生輸入影像IM的輔助資訊AI，縮小影像SM具有低於第一解析度的一第二解析度。然後，以第二頻寬傳輸縮小影像SM以及以第三頻寬傳輸輔助資訊AI後，根據縮小影像SM以及輔助資訊AI產生一還原影像RM，還原影像RM具有第一解析度。接著，將還原影像RM輸出至一目標裝置。其中，第二頻寬和第三頻寬是小於第一頻寬，且第二頻寬可等於或不同於第三頻寬。
其中，對輸入影像IM進行演算以生成輔助資訊AI的過程中，其是對輸入影像IM進行了包含判斷、擷取、編碼、解碼、其他等影像處理或其任意組合之影像演算行為，以藉此能根據輸入影像IM取得對應輸入影像IM的輔助資訊AI，以利輔助資訊AI後續的傳輸。此處的影像演算行為可以透過一至多種演算 法來實現。在一實施例中，除了影像演算行為，可更包含運用了熵編碼或量化(Quantize)的壓縮方法，但不限定。
輸入影像源可以是任何形態的電子裝置，舉例來說，可以是電腦主機，影像伺服器，或是電視訊號源。目標裝置也可以是任何形態的電子裝置，舉例來說，可以是儲存裝置或是具顯示功能的裝置。於一實施例中，第一解析度高於第二解析度，且可以是任何所需的數值。在一實施例中，第二解析度為該第一解析度的1/N，N為正整數。在以下實施例中，第一解析度為8K而第二解析度為4K，但不以此為限。
在一實施例中，第一頻寬可以為48Gbps，第二頻寬可以為18Gbps，第三頻寬可以為18Gbps，但不以此為限。
在一實施例中，縮小影像SM是對輸入影像IM進行了縮小(scaling down)處理的影像。還請留意，此處的縮小可指影像尺寸的縮小或是指影像解析度的降低。在另一實施例中，縮小影像SM可視為輸入影像IM中像素變化程度較低的部份(或稱為低頻影像部份)。而輔助資訊AI包含輸入影像IM的像素變化程度較高的部份(或稱為高頻影像部份)或輸入影像IM的部份影像特徵。在第2圖的實施例中，縮小影像SM包含了輸入影像IM的大部份影像內容(斜線部份)，於此，縮小影像SM的解析度為4K，輸入影像IM的解析度為8K。
於一實施例中，輔助資訊AI包含輸入影像IM的高頻影像部份(例如邊緣)或其他影像特徵。其中，高頻影像可以為輸入影像IM中相鄰像素的亮度的快速變化的部分。於本實施例中，輔助資訊AI可以對應於一個或多個高頻影像，舉例來說，輔助資訊AI可以是輸入影像IM依據相鄰像素的亮度的變化程度不同而區分為一個或多個高頻影像。
在第1-2圖的實施例中，輔助資訊AI指的是對輸入影像IM進行演算後產生且未經壓縮的資訊。在另一實施例中，如第3圖所示，輔助資訊AI指的是對 輸入影像IM進行演算後所得到的資訊再經過壓縮的資訊。即輸入影像IM進行縮小處理後會產生一縮小影像SM，並對輸入影像IM進行演算以產生輸入影像IM的初始輔助資訊IAI，此初始輔助資訊IAI可具有和第2圖所示的輔助資訊AI相同的內容。初始輔助資訊IAI經過壓縮後會產生輔助資訊AI。輔助資訊AI在經過傳輸後會予以解壓縮而產生還原輔助資訊RAI，再根據縮小影像SM以及還原輔助資訊RAI產生還原影像RM。理想上，第1圖中的輔助資訊AI和第2圖中的初始輔助資訊IAI、還原輔助資訊RAI會具有相同的內容。而在第3圖中的實施例中，由於輔助資訊AI是以壓縮的形式進行傳輸，所以可更為節省頻寬。
在一實施例中，產生縮小影像SM以及輔助資訊AI的步驟，可透過離散小波轉換(Discrete Wavelet Transform)完成，且可不透過其他演算法來完成。
第4圖繪示了本發明所使用的演算法的其中一例，演算法為二維離散小波轉換。如第4圖所示，X[m,n]代表離散的輸入訊號(即前述的輸入影像IM)，長度為N,g[n]代表在輸入訊號的n方向進行低通濾波，h[n]代表在輸入訊號的n方向進行高通濾波，g[m]代表在輸入訊號的m方向進行低通濾波，h[m]代表在輸入訊號的m方向進行高通濾波。↓2代表降取樣濾波器，如果以x[n]作為輸入，則輸出y[n]=x[2n]。根據第4圖的演算法，最後會得到m,n方向上都為低頻的影像、m方向上高頻n方向上低頻的影像、m方向上低頻n方向上高頻的影像，以及m,n方向上都為高頻的影像。m,n方向上都為低頻的影像為第2圖中所述的縮小影像SM，而m方向上高頻n方向上低頻的影像、m方向上低頻n方向上高頻的影像，以及m,n方向上都為高頻的影像則為第2圖中的輔助資訊AI或是第3圖中的初始輔助資訊IAI。
在一實施例中，亦可透過離散餘弦變換(discrete cosine transform,DCT)而產生縮小影像SM以及輔助資訊AI，且可不透過其他演算法來完成。
第5圖繪示了根據本發明不同實施例的影像傳輸系統400，其使用了 根據本發明的影像傳輸方法，其對應第1圖的實施例。如第5圖所示，影像傳輸系統400包含一輸入埠IP、一影像處理模組401、一影像還原模組403以及一輸出埠OP。輸入埠IP用以自輸入影像源IMS以第一頻寬接收輸入影像IM，輸入影像IM具有一第一解析度(例如8K)。影像處理模組401耦接輸入埠IP，用以對輸入影像IM進行縮小處理以產生縮小影像SM，並對輸入影像IM進行演算以產生輔助資訊AI，縮小影像SM具有低於第一解析度的第二解析度(例如4K)。縮小影像SM以及輔助資訊AI可以相同路徑傳輸或是不同路徑傳輸，也可以相同第二頻寬或分別以不同的第二頻寬與第三頻寬傳輸。影像還原模組403耦接影像處理模組401，根據縮小影像SM以及輔助資訊AI產生還原影像RM，還原影像RM具有第一解析度。輸出埠OP耦接影像還原模組403，用以將還原影像RM輸出至目標裝置TD。影像還原模組403可使用影像處理模組401所使用的演算法的逆轉換來產生還原影像RM。
前述第5圖的實施例對應第1圖的實施例，也就是輔助資訊AI指的是對輸入影像IM進行演算後所產生且未經壓縮的資訊。而第6圖的實施例對應第3圖的實施例，也就是輔助資訊AI指的是對輸入影像IM進行演算後所得到的資訊再經過壓縮的資訊。如第6圖所示，影像處理模組401對輸入影像IM進行縮小處理後會產生縮小影像SM，並對輸入影像IM進行演算以產生初始輔助資訊IAI。初始輔助資訊IAI經過壓縮器402壓縮後會產生輔助資訊AI。第6圖的輔助資訊AI在經過傳輸後會被解壓縮器404解壓縮而產生還原輔助資訊RAI，然後影像還原模組403會根據縮小影像SM以及還原輔助資訊RAI產生還原影像RM。壓縮器402和解壓縮器404可分別獨立或整合於影像處理模組401和影像還原模組403的硬體。
第5圖所述的影像傳輸系統400可使用在資料切換矩陣系統，即多輸入多輸出的影像傳輸系統，但不限定。第7圖繪示了根據本發明一實施例的資料切換矩陣系統500的方塊圖。如第7圖所示，資料切換矩陣系統500包含一切換矩 陣501，一第一電路板CB_1以及一第二電路板CB_2。第一電路板CB_1包含了第5圖中所述的輸入埠IP以及影像處理模組401，且用以接收8K影像。第二電路板CB_2包含了第5圖中所述的輸出埠OP以及影像還原模組403，用以接收4K影像。切換矩陣501用以自多個電路板其中之一接收資料並傳輸給多個電路板其中之一，因此，切換矩陣501可提供多輸入多輸出的路徑。使用者可以自行對切換矩陣501所使用的電路板進行增加、移除或更換的動作。在第7圖實施例中，切換矩陣501中的一路徑可傳輸解析度為4K或以下的影像。如前所述，切換矩陣501可由多種結構來實現其多輸入多輸出的功能，舉例來說，可包含現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，邏輯電路，或是多工器等。在一實施例中，切換矩陣501可使用在影像矩陣(video matrix)上。
在第7圖實施例中，第一電路板CB_1所接收的8K影像若未經過處理，則無法被切換矩陣501以單一路徑傳輸或被第二電路板CB_2接收，其原因可能為切換矩陣501單一路徑或第二電路板CB_2的頻寬不足，或是第二電路板CB_2中的接收元件如接收器或縮放器等無法處理解析度4K以上影像。因此，須透過影像處理模組401根據輸入影像IM產生縮小影像SM和輔助資訊AI。縮小影像SM由於具有4K的解析度，故可以透過切換矩陣501的單一路徑傳輸並被第二電路板CB_2接收，而輔助資訊AI其資料量小於或等於解析度4K的影像，因此也可以透過切換矩陣501的單一路徑傳輸並被第二電路板CB_2接收。第二電路板CB_2中的影像還原模組403根據縮小影像SM和輔助資訊AI產生還原影像RM後，還原影像RM可透過輸出埠OP被傳輸到目標裝置TD。目標裝置TD若為具顯示功能的裝置，則可播放還原影像RM。
藉由這樣的做法，即使切換矩陣501無法直接傳輸8K影像且第二電路板CB_2無法直接接收8K影像，使用者仍可透過資料切換矩陣系統500將8K影像傳輸到目標裝置TD，而無須購買其他切換矩陣和電路板。本發明所提供的資料切 換矩陣系統不限於第7圖所示的架構，本領域技術人員當可根據前述實施例對各元件的配置和功能進行調整而得到相同的功效。舉例來說，在一實施例中，若切換矩陣501的單一路徑可傳輸解析度8K或以下的影像，影像處理模組401可位於切換矩陣501中而不是第一電路板CB_1中。在這樣的實施例中，切換矩陣501從第一電路板CB_1接收的是輸入影像IM而不是縮小影像SM和輔助資訊AI。而在另一實施例中，若切換矩陣501的單一路徑可傳輸解析度8K或以下的影像，影像還原模組403可位於切換矩陣501中而不是第二電路板CB_2中。在這樣的實施例中，切換矩陣501輸出到第二電路板CB_2的是還原影像RM而不是縮小影像SM和輔助資訊AI。而在另一實施例中，影像處理模組401和影像還原模組403都位在切換矩陣501中。在這樣的實施例中，切換矩陣501從第一電路板CB_1接收輸入影像IM並輸出還原影像RM到第二電路板CB_2。
前述第7圖的實施例對應了第1圖以及第5圖的實施例，也就是輔助資訊AI指的是對輸入影像IM進行演算後所產生且未經壓縮的資訊。而第8圖的實施例對應了第3圖以及第6圖的實施例，也就是輔助資訊AI指的是對輸入影像IM進行演算後所得到的資訊再經過壓縮的資訊。如第8圖所示，壓縮器402位於第一電路板CB_1上，用以對影像處理模組401所產生的初始影像資訊IAI進行壓縮而產生輔助資訊AI。切換矩陣501接收輔助資訊AI將其傳輸至第二電路板CB_2上的解壓縮器404來產生還原輔助資訊RAI。
如第7圖的描述中所述，在一實施例中，若切換矩陣501的單一路徑可傳輸解析度8K或以下的影像，影像處理模組401可位於切換矩陣501中而不是第一電路板CB_1中。在這樣的實施例中，切換矩陣501從第一電路板CB_1接收的是輸入影像IM而不是縮小影像SM和輔助資訊AI，且壓縮器402位於切換矩鎮501中。而在另一實施例中，若切換矩陣501的單一路徑可傳輸解析度8K或以下的影像，影像還原模組403可位於切換矩陣501中而不是第二電路板CB_2中。在這樣 的實施例中，切換矩陣501輸出到第二電路板CB_2的是還原影像RM而不是縮小影像SM和輔助資訊AI，且解壓縮器404位於切換矩鎮501中。而在另一實施例中，影像處理模組401和影像還原模組403都位在切換矩陣501中。在這樣的實施例中，切換矩陣501從第一電路板CB_1接收輸入影像IM並輸出還原影像RM到第二電路板CB_2，且壓縮器402和解壓縮器404均位於切換矩鎮501中。
前述第7圖的實施例更可搭配其他的電路板使用。如第9圖所示，資料切換矩陣系統600除了第7圖所示的切換矩陣501，第一電路板CB_1、第二電路板CB_2外，更包含第三電路板CB_3以及第四電路板CB_4。在第9圖的實施例中，切換矩陣501中的單一路徑可傳輸解析度4K或以下的影像。第三電路板CB_3可傳輸解析度4K或以下的影像但不包含影像處理模組401，而第四電路板CB_4可接收解析度4K或以下的影像但不包含影像還原模組403。
在第9圖的實施例中，若以第一電路板CB_1接收8K的影像，則會如前述實施例所述般以影像處理模組401產生縮小影像SM以及輔助資訊AI，然後以切換矩陣501內的兩路徑分別傳輸縮小影像SM以及輔助資訊AI到影像還原模組403以產生還原影像RM並輸出到目標裝置TD。而若以第一電路板CB_1接收4K的影像，則可透過傳輸縮小影像SM或輔助資訊AI的一路徑以及接收輸入影像IM的路徑P2來將4K影像傳輸給第四電路板CB_4並輸出到目標裝置TD。在一實施例中，第一電路板CB_1以及第二電路板CB_2更具有旁通路徑(未繪示)，也就是分別具有不經過影像處理模組401以及影像還原模組403處理的路徑。在這樣的實施例中，若以第一電路板CB_1接收4K的影像，則可將4K影像透過第一電路板CB_1以及第二電路板CB_2的旁通路徑將4K影像輸出到目標裝置TD。
在第9圖的實施例中，若以第三電路板CB_3接收4K影像，則可透過傳輸輸入影像IM的路徑P1，以及透過傳輸縮小影像SM或輔助資訊AI的一路徑來將4K影像傳輸給第二電路板CB_2。若第二電路板CB_2具有旁通路徑，則第三電 路板CB_3可透過路徑P1以及第二電路板CB_2的旁通路徑來將4K影像傳輸給第二電路板CB_2並輸出到目標裝置TD。此外，若以第三電路板CB_3接收4K的輸入影像IM，也可透過路徑P1以及路徑P2以將4K影像傳輸給第四電路板CB_4並輸出到目標裝置TD。
還請留意，雖然第9圖的架構是以第7圖的實施例來說明，但也可運用在其他實施例上。舉例來說，第8圖的實施例也可包含第9圖實施例中的第三電路板CB_3以及第四電路板CB_4。這樣的實施例與第9圖實施例的差別在於輔助資訊AI是否為經過壓縮的資訊，本領域技術人員當可根據第7圖、第8圖以及第9圖的描述理解其運作方式，故在此不再贅述。
根據前述實施例，使用者可在不購買額外影像傳輸系統的狀況下，也就是說不額外更新切換矩陣的情形下，藉由僅更新舊有外接的電路板，即可進行具較高解析度的影像的傳輸，不僅減少了成本，也增加了影像傳輸系統的運用範圍。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
400:影像傳輸系統
401:影像處理模組
403:影像還原模組
IP:輸入埠
OP:輸出埠
IMS:輸入影像源
TD:目標裝置

Claims (9)

  1. 一種影像傳輸方法，包含：以一第一頻寬接收一輸入影像，該輸入影像具有一第一解析度；根據該輸入影像產生一縮小影像與未經壓縮的輔助資訊，該縮小影像具有低於該第一解析度的一第二解析度；以一第二頻寬傳輸該縮小影像，以及以一第三頻寬傳輸該輔助資訊，其中該第二頻寬與該第三頻寬小於該第一頻寬；以及根據該縮小影像以及該輔助資訊產生一還原影像，該還原影像具有該第一解析度。
  2. 如請求項1所述的影像傳輸方法，其中該輔助資訊包含該輸入影像的高頻影像部份或該輸入影像的部份影像特徵。
  3. 如請求項1所述的影像傳輸方法，其中該第二解析度為該第一解析度的1/N，N為正整數。
  4. 如請求項1所述的影像傳輸方法，其中該輔助資訊為對該輸入影像進行演算所產生的資訊。
  5. 一種影像傳輸系統，包含：一輸入埠，以一第一頻寬自一輸入影像源接收一輸入影像，該輸入影像具有一第一解析度；一影像處理模組，耦接該輸入埠，用以根據該輸入影像產生一縮小影像與未經壓縮的輔助資訊，該縮小影像具有低於該第一解析度的一第二解析度； 一影像還原模組，耦接該影像處理模組，該縮小影像以一第二頻寬被傳輸至該影像還原模組，該輔助資訊以一第三頻寬被傳輸至該影像還原模組，其中該第二頻寬與該第三頻寬小於該第一頻寬，該影像還原模組根據該縮小影像以及該輔助資訊產生一還原影像，該還原影像具有該第一解析度；以及一輸出埠，耦接該影像還原模組，用以將該還原影像輸出至一目標裝置。
  6. 如請求項5所述的影像傳輸系統，其中該輔助資訊包含該輸入影像的高頻影像部份或該輸入影像的部份影像特徵。
  7. 如請求項5所述的影像傳輸系統，其中該第二解析度為該第一解析度的1/N，N為正整數。
  8. 如請求項5所述的影像傳輸系統，為一資料矩陣切換系統，該影像傳輸系統包含：一第一電路板，包含該輸入埠；一切換矩陣，耦接該第一電路板，用以自該第一電路板接收該縮小影像以及該輔助資訊；以及一第二電路板，包含該輸出埠，用以自該切換矩陣接收該縮小影像以及輔助資訊，並用以輸出該還原影像至該目標裝置；其中，該影像還原模組位於該第二電路板或該切換矩陣，該影像處理模組位於該第一電路板或該切換矩陣。
  9. 如請求項5所述的影像傳輸系統，其中該輔助資訊為對該輸入影像進行演算所產生的資訊。
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