专利名称：加速数据传输的影像数据处理方法
技术领域：
本发明涉及一种影像数据处理方法；特别是有关于一种以二值化数字讯号(binary digital signals)表示的影像数据的压缩方法。
(2)背景技术未经影像压缩处理的情况下，在许多应用上，即需要以令人无法接受的频宽来传输影像数据。因此，影像压缩方法已成为许多研究的主题。影像压缩是将一由二维像素组成的影像转换成一串位元，以在一通讯连线(communication link)上传输。每一个像素代表一特定位置的影像强度。
以一张照片其解析度为1000×1000条线的影像而言，每一个像素通常由8位元组成，此8位元是用以表示256个不同影像强度，即256个不同灰阶值(grayscale)。每一个像素即相应照片上某一点的影像强度。因此，在未经影像压缩处理的情况下，此张照片的影像数据传输需要8百万位元。一般的通讯连线例如电话线每秒可传输9600位元，如此一来，若要传输一张照片所花的时间会超过十分钟，此一传输时间将不符实际需求。
因此，需要使用影像压缩系统来降低影像数据的传输时间。进一步地，影像压缩系统亦有助于减少储存影像数据的存储器空间。
影像压缩是将一影像转换成一种可以较少位元表示的形式，同时不会失去原影像的主要特征。然后，以经压缩的影像形式传输于通讯连线上，再由一接收端进行影像还原以回复原影像。一般的影像压缩方法包含两步骤。第一步骤，是将一影像转换成一种新的表示形式(new representation)，此时相邻像素的关连性降低。此一转换步骤是完全可逆，即在此一步骤不会有数据损失的情况发生。用以表示此一被转换影像的位元数至少与原影像的位元数一样多。此一影像转换步骤的目的在于提供一更相容于现有影像压缩方法的影像表示形式(imagerepresentation)。
第二步骤为量化步骤(quantization)，在被转换影像上的每一像素是以一特定值取代。此一特定值的位元数是少于原像素位元数。在量化步骤，原灰阶级是被一较粗糙的新灰阶级取代，因此，此特定值可以较少位元数表示。新灰阶值是根据被转换影像的像素值的统计上的分配计算而得。
根据上述两步骤所获得的量化影像数据(quantized image)接着进行编码，以于通讯连线上传输。此一编码步骤是可逆的，其目的在于进一步压缩量化影像数据。通讯连线上的接收端再将经编码的影像数据解码，逆转化量化步骤及第一转换步骤，以回复原影像。
然而此种现有的影像压缩方法需要复杂的编码/解码步骤及复杂的编码/解码线路，以获得更压缩的影像数据，以利于传输。此外，影像转换电路在影像压缩装置上占相当大的价格比例，而影像压缩的运算费用是决定于所选择的影像转换方式。因此，需要发明一种比现有影像压缩方法花费更少运算时间的影像压缩方法就成了当务之急。
(3)发明内容本发明的主要目的是提供一种加速数据传输的影像数据处理方法，其是将X位元二值化数字讯号转换成具有(1.n)*2m浮点数压缩形式的二值化压缩数据(binary compressed data)，其中第m位元为此X位元二值化数字讯号具逻辑讯号为″1″的第一位元，及n代表第m位元以后的n个位元，以使具(1.n)*2m浮点数压缩形式的此二值化压缩数据以代表一组(m，n)的一串二值化数值(binary number)形式输出，进而降低数据传输量，缩短传输时间。
本发明的另一目的是提供一种加速数据传输的影像数据处理方法，其是以简易的压缩方法将X位元二值化数字讯号转换成具有(1.n)*2m浮点数压缩形式的二值化压缩数据，借此一简易的压缩方法可省略复杂的编码方式及复杂的编码线路，而达到降低传输数据量的目的。
本发明的又一目的是提供一种影像数据处理方法，其使用一位元深度补偿技术(bit-enhanced technology)以补偿还原后的影像数据损失的位元，以提高还原的影像数据的精确度。
本发明的再一目的是提供一种影像数据处理方法，其是以简易的压缩方法将X位元二值化数字讯号转换成具有(1.n)*2m浮点数压缩形式的二值化压缩数据，借此一简易的压缩方法可达成暗部影像不失真及亮部影像减少杂讯的目的。
根据以上所述的目的，本发明提供一种加速数据传输的影像数据处理方法，本发明方法包括以一影像检索装置从一物件检索一影像讯号；提供所述的影像讯号至一模拟数字转换器，以将该影像讯号转换成X位元二值化数字讯号(binarydigital signals)，其中X为一自然数及该X位元二值化数字讯号是由第(X-1)位元至第0位元组成；传输所述的X位元二值化数字讯号至一影像处理装置，以将该X位元二值化数字讯号压缩成一(1.n)*2m浮点数(floating-point)压缩形式的二值化压缩数据(binary compressed data)，其中第m位元为该X位元二值化数字讯号具有逻辑讯号为″1″的第一位元，及n为非负整数，其是代表第m位元以后的n个位元，以使具有该(1.n)*2m浮点数压缩形式的该二值化压缩数据以代表一组(m，n)的一串二值化数值(binary number)形式输出，且该串二值化数值之后n位元是由该X位元二值化数字讯号的该n个位元组成；及储存所述的二值化压缩数据至一存储器装置。
本发明影像数据压缩方法的效果可使数据传输量降低，进而缩短传输时间，同时可减少储存影像数据的存储器空间。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)
图1为实行本发明影像数据压缩方法的影像处理系统的功能方块图；图2为实行本发明影像数据压缩方法的另一影像处理系统的功能方块图；图3为本发明影像数据压缩方法的一具体实施例的流程图；及图4为本发明的一影像数据解压缩方法的流程图。
(5)具体实施方式
图1为实行本发明影像数据压缩方法的一影像处理系统功能方块图。图2为实行本发明影像数据压缩方法的另一影像处理系统功能方块图。图3为本发明影像数据压缩方法的一具体实施例的流程图。图4为本发明的一影像数据解压缩方法的流程图。
参照图1，以一影像检索装置101，例如电荷耦合装置(charge-coupleddevice)、互补式金氧半导体感测器(CMOS sensor)及其它可将一影像讯号转成一电子讯号的类似装置，从一物件检索到一影像。此影像讯号相应影像检索装置101所检索的影像的一像素的强度(灰阶值)。此影像讯号经转换的一电子讯号被送至一模拟数字转换器102，以转换成X位元二值化数字讯号(X-bits binarydigital signals)，其包含第(X-1)位元至第0位元二值化数字讯号。此X位元二值化数字讯号被传输至一影像处理装置103，例如一影像处理电路，以将其转换成一(1.n)*2m浮点数压缩形式的二值化压缩数据(binary compressed data)，其中第m位元为此X位元二值化数字讯号具有逻辑讯号为″1″的第一位元，及n为非负整数，其是代表第m位元以后的n个位元，以使具有(1.n)*2m浮点数压缩形式的此二值化压缩数据以代表一组(m，n)的一串二值化数值(binary number)形式(xxx...，x)输出，且此串二值化数值之后n位元是由此X位元二值化数字讯号的此n个位元组成。接着，此二值化压缩数据以此串二值化数值(xxx...，x)方式输出至一存储器104，例如一缓冲存储器，以供暂时储存。
图3为本发明影像处理装置103所实行的8位元影像数据压缩方法的一具体实施例，其步骤流程将详述于下文。在步骤303，由第7位元至第0位元组成的8位元二值化数字讯号送至影像处理装置103。接着，在步骤304，当第7位元为“1”时，进入步骤305，m设为7及将此8位元二值化数字讯号的第6位元至第3位元指定予n。借此，将此8位元二值化数字讯号转换成具(1.xxxx)27浮点数(floating-point)压缩形式的二值化压缩数据。此二值化压缩数据系以7位元二值化数值(111xxxx)方式输出，其中前3位元(111)代表数值“7″，及后4位元(xxxx)是由此8位元二值化数字讯号的第6位元至第3位元组成。在步骤306，当第7位元为″0″及第6位元为″1″，进入步骤307，m设为6，及将此8位元二值化数字讯号的第5位元至第2位元指定予n。借此，将此8位元二值化数字讯号转换成具有(1.xxxx)26浮点数(floating-point)压缩形式的二值化压缩数据。此二值化压缩数据系以7位元二值化数值(110xxxx)方式输出，其中前3位元(110)代表数值“6″，及后4位元(xxxx)是由此8位元二值化数字讯号的第5位元至第2位元组成。在步骤308，当第7位元及第6位元皆为″0″及第5位元为″1″，进入步骤309，m设为5，及将此8位元二值化数字讯号的第4位元至第1位元指定予n。借此，将此8位元二值化数字讯号转换成具有(1.xxxx)25浮点数(floating-point)压缩形式的二值化压缩数据。此二值化压缩数据是以7位元二值化数值(101xxxx)方式输出，其中前3位元(101)代表数值“5″，及后4位元(xxxx)是由此8位元二值化数字讯号的第4位元至第1位元组成。在步骤310，当第7位元至第5位元皆为″0″及第4位元为″1″，进入步骤311，m设为4，及将此8位元二值化数字讯号的第3位元至第0位元指定予n。借此，将此8位元二值化数字讯号转换成具有(1.xxxx)24浮点数(floating-point)压缩形式的二值化压缩数据。此二值化压缩数据系以7位元二值化数值(100xxxx)方式输出，其中前3位元(100)代表数值“4″，及后4位元(xxxx)是由此8位元二值化数字讯号的第3位元至第0位元组成。在步骤312，当第7位元至第4位元皆为″0″及第3位元为″1″，m设为3，及将此8位元二值化数字讯号的第2位元至第0位元指定予n。借此，将此8位元二值化数字讯号转换成具有(1.xxx)23浮点数(floating-point)压缩形式的二值化压缩数据。此二值化压缩数据是以6位元二值化数值(011xxx)方式输出，其中前3位元(011)代表数值“3″，及后3位元(xxx)是由此8位元二值化数字讯号的第2位元至第0位元组成。在步骤314，当第7位元至第3位元皆为″0″及第2位元为″1″，m设为2，及将此8位元二值化数字讯号的第1位元至第0位元指定予n。借此，将此8位元二值化数字讯号转换成具有(1.xx)22浮点数(floating-point)压缩形式的二值化压缩数据。此二值化压缩数据是以5位元二值化数值(010xx)方式输出，其中前3位元(010)代表数值“2″，及后2位元(xxx)是由此8位元二值化数字讯号的第1位元至第0位元组成。在步骤316，当第7位元至第2位元皆为″0″及第1位元为″1″，m设为1，及将此8位元二值化数字讯号的第0位元指定予n。借此，将此8位元二值化数字讯号转换成具有(1.x)21浮点数(floating-point)压缩形式的二值化压缩数据。此二值化压缩数据是以4位元二值化数值(001x)方式输出，其中前3位元(001)代表数值“1″，及后1位元(x)是由此8位元二值化数字讯号的第0位元组成。在步骤318，当第7位元至第1位元皆为″0″，m设为0，及将此8位元二值化数字讯号的第0位元指定予n。借此，将此8位元二值化数字讯号转换成具有(1.x)20浮点数(floating-point)压缩形式的二值化压缩数据。此二值化压缩数据是以4位元二值化数值(000x)方式输出，其中前3位元(000)代表数值“0″，及后1位元(x)是由此8位元二值化数字讯号的第0位元组成。
根据本发明的具体实施例，本发明提供一种动态的(dynamic)影像数据压缩方法，当m不小于4时，此二值化压缩数据是以7位元二值化数值输出，及当m不大于3时，此二值化压缩数据是以较少位元输出，例如6位元、5位元及4位元。因此，可降低传输至存储器104及主机105的影像传输量，进而缩短传输时间，同时可减少储存影像数据的存储器空间。然而，本发明的影像压缩方法并不限定于处理8位元二值化数字讯号，其同样可处理其它位元数的二值化数字讯号，例如10位元、12位元及16位元等。此外，n是由所要求的影像输出品质来决定。
表一压缩前 压缩后 还原后0000，0000000 0 0000，00000000，0001000 1 0000，00010000，0010001 0 0000，00100000，0011001 1 0000，00110000，0100010 00 0000，01000010，1000101 01000010，10000010，1001101 01000010，10000010，1010101 01010010，10100100，0000110 00000100，00000100，0010110 00000100，00000100，0100110 00010100，01001111，1011111 11111111，10001111，1100111 11111111，10001111，1101111 11111111，10001111，1110111 11111111，1000表一，是显示由第7位元至第0位元组成的各种灰阶值(grayscale)的8位元二值化数字讯号其压缩前、压缩后及还原后的结果。如表一所示，8位元二值化数字讯号经图3的影像压缩方法处理后，成为7位元二值化压缩数据，其中m值是由此7位元二值化压缩数据的前3位元表示及n是由后4位元表示。如表一所示，一影像值的像素灰阶值愈大，其还原后的影像值失真愈明显。因此，本发明提供一种影像数据解压缩方法，其是利用位元深度补偿技术(bit-enhancedtechnology，BET)以补偿经还原影像损失的位元，其流程图如图4所示。
再参照图1，储存于存储器104的二值化压缩数据是输出至一主机105，以供进一步处理，例如解压缩以回复原来的影像数据并打印出。图4是在主机105中所实行的一解压缩方法的流程图。在步骤403，将7位元二值化压缩数据的前3位元转换成一“x″值。在步骤404，当x大于3时，其中x为一非负整数，进入步骤405，将此7位元二值化压缩数据之后4位元转换成一″y″值。根据x，y及运算式(1.y)*2x，将此7位元二值化压缩数据还原成原来的8位元二值化数字讯号。接着，进入步骤414，以位元深度补偿方法补偿经还原的8位元二值化数字讯号损失的位元。此位元深度补偿方法包含下列步骤(1)计算相应此8位元二值化数字讯号的像素的数个相邻像素的一第一平均值；及(2)计算第一平均值与此像素的一第二平均值，以获得此像素的补偿值。在步骤406，当x大于2时，进入步骤407，将6位元二值化压缩数据之后3位元转换成一″y″值。根据x，y及运算式(1.y)*2x，将此6位元二值化压缩数据还原成原来的8位元二值化数字讯号。接着，进入步骤414，以位元深度补偿方法补偿经还原的8位元二值化数字讯号损失的位元。在步骤408，当x大于1时，进入步骤409，将5位元二值化压缩数据之后2位元转换成一″y″值。根据x，y及运算式(1.y)*2x，将此5位元二值化压缩数据还原成原来的8位元二值化数字讯号。接着，进入步骤414，以位元深度补偿方法补偿经还原的8位元二值化数字讯号损失的位元。在步骤410，当x大于0时，进入步骤411，将4位元二值化压缩数据之后1位元转换成一″y″值。根据x，y及运算式(1.y)*2x，将此4位元二值化压缩数据还原成原来的8位元二值化数字讯号。接着，进入步骤414，以位元深度补偿方法补偿经还原的8位元二值化数字讯号损失的位元。在步骤412，当x等于0时，将4位元二值化压缩数据之后1位元转换成一″y″值。根据x，y及运算式(1.y)*2x，将此4位元二值化压缩数据还原成原来的8位元二值化数字讯号。
图2是实行本发明影像数据压缩方法的另一影像处理系统功能方块图，其中储存于存储器104的二值化压缩数据经影像处理装置103存取，并送至一主机105，以供进一步处理，例如解压缩以还原原来的影像数据。由于影像处理装置103、存储器104及主机105之间是以二值化压缩数据形式传输数据，故可缩短影像数据的传输时间。
再参照上述表一，比较压缩前及还原后的8位元二值化数字讯号，具低灰阶值(低亮度)的像素其还原影像位元损失较少，而高灰阶值(高亮度)的像素其还原影像位元损失较多。因此，利用本发明图3所示的影像数据压缩方法，可达到暗部影像不失真，亮部影像减少杂讯的目的。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种加速数据传输的影像数据处理方法，其特征在于所述的处理方法包括以一影像检索装置从一物件检索一影像讯号；提供所述的影像讯号至一模拟数字转换器，以将该影像讯号转换成X位元二值化数字讯号(binary digital signals)，其中X为一自然数及该X位元二值化数字讯号是由第(X-1)位元至第0位元组成；传输所述的X位元二值化数字讯号至一影像处理装置，以将该X位元二值化数字讯号压缩成一(1.n)*2m浮点数(floating-point)压缩形式的二值化压缩数据(binary compressed data)，其中第m位元为该X位元二值化数字讯号具有逻辑讯号为″1″的第一位元，及n为非负整数，其是代表第m位元以后的n个位元，以使具有该(1.n)*2m浮点数压缩形式的该二值化压缩数据以代表一组(m，n)的一串二值化数值(binary number)形式输出，且该串二值化数值之后n位元是由该X位元二值化数字讯号的该n个位元组成；及储存所述的二值化压缩数据至一存储器装置。
2.如权利要求第1项所述的加速数据传输的影像数据处理方法，其特征在于所述的影像处理装置存取储存于所述的存储器装置的所述的二值化压缩数据还要送至一主机，并于该主机中将该二值化压缩数据还原成所述的X位元二值化数字讯号。
3.如权利要求第2项所述的加速数据传输的影像数据处理方法，其特征在于所述的二值化压缩数据还原步骤包括(a)将该二值化压缩数据之后n位元(the latter n bits)以前的所有位元转换成一m值；及(b)根据该n位元、该m值及一运算式(1.n)*2m，将该二值化压缩数据转换成该X位元二值化数字讯号。
4.如权利要求第3项所述的加速数据传输的影像数据处理方法，其特征在于在所述的步骤(b)之后，以位元深度补偿方法(bit-enhanced method)补偿所述的X位元二值化数字讯号相应的一像素值，其中该位元深度补偿方法包含(c)计算该像素值的数个相邻像素值的一第一平均值；及(d)计算该第一平均值与该像素值的一第二平均值。
5.如权利要求第1项所述的加速数据传输的影像数据处理方法，其特征在于用一主机存取储存于所述的存储器装置的所述的二值化压缩数据，并于该主机中将该二值化压缩数据还原成所述的X位元二值化数字讯号。
6.如权利要求第5项所述的加速数据传输的影像数据处理方法，其特征在于所述的二值化压缩数据还原步骤包括(a)将该二值化压缩数据之后n位元(the latter n bits)以前的所有位元转换成一m值；及(b)根据该n位元、该m值及一运算式(1.n)*2m，将该二值化压缩数据转换成所述的X位元二值化数字讯号。
7.如权利要求第6项所述的加速数据传输的影像数据处理方法，其特征在于在所述的步骤(b)之后，以位元深度补偿方法(bit-enhanced method)补偿所述的X位元二值化数字讯号相应的一像素值，其中该位元深度补偿方法包含(c)计算该像素值的数个相邻像素值的一第一平均值；及(d)计算该第一平均值与该像素值的一第二平均值。
全文摘要
一种加速数据传输的影像数据处理方法。本发明的影像数据处理方法是将X位元二值化数字讯号转换成具有(1.n)*2m浮点数压缩形式的二值化压缩数据，其中第m位元为此X位元二值化数字讯号具有逻辑讯号为”1”的第一位元，及n代表第m位元以后的n个位元，以使具有(1.n)*2m浮点数压缩形式的此二值化压缩数据以代表一组(m，n)的一串二值化数值(binary number)形式输出，且此串二值化数值之后n位元是由X位元二值化数字讯号的此n个位元组成。利用本发明影像数据压缩方法，可使数据传输量降低，进而缩短传输时间，同时可减少储存影像数据的存储器空间。
文档编号H04N1/41GK1464745SQ0212436
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月12日 优先权日2002年6月12日
发明者郭士正 申请人:力捷电脑股份有限公司