专利名称：于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法
技术领域：
本发明涉及一种进行边缘增强时减少硬件资源耗费的方法，特别是涉及一种于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法。
背景技术：
在目前图像处理的领域中，研发点多着重于改善图像输出装置(如打印机)进行图像输出后所产生的视觉效果是否与实物相吻合的问题上。原始图像对象的边缘，例如字体、曲线、立体对象等，可利用线性方程式或是自然对数等方法加以逼近，使其边缘较为平滑(smooth)。当这些对象进行数字化处理时，需转换为图像输出装置可处理的矩阵形式，而其边缘则需符合此装置的格点(grid)。
然而，当这些图像输出装置的分辨率较低时，由肉眼就可看出此图像对象的边缘有一格一格的阶梯状效果，而无法与原图像对象一样具有平滑的边缘。因此，便有许多人提出不同的解决方法，以减少图像对象的边缘的锯齿状效果，使图像输出装置所输出的图像与真实的对象相吻合。
美国专利第5029108号所公开的《适用于点矩阵设备的边缘增强方法及其装置》(Edge Enhancement Method and Apparatus for Dot Matrix Devices)，便是将一图像边缘的像素及其周围像素的打点情形逐一与多个预设图形相比较，以决定此图像边缘的像素与哪一个预设图形相吻合，才能判别如何对图像边缘处的像素进行打点，以使输出的图像边缘较为平滑，而更符合原始的图像。每一种预设图形的中央像素的增强会依据其周围像素的打点情形而作不同的修正，例如在中央像素的左边1/4处打点、在中央像素的右边2/3处打点等。
请参阅图1，此为现有的单输出边缘增强技术(EET，Edge EnhancementTechnology)应用的架构示意图，序列数据(serial data)自一个输入单元140以位(bit)为单位循序读入，再经过单输出(one beam)边缘增强技术10处理过后，通过激光二极管(LD，Laser Diode)以及转盘(spinner)将图像输出至显示屏幕，或是通过打印机打印出来，即可使输出的图像边缘较为平滑，而不会产生锯断状的边缘。
请参阅图2，此为现有单输出边缘增强技术10的运行示意图，序列数据由一个输入单元140读入后会置于先进先出(FIFO，first in first out)缓冲器120的第5缓冲器，通过静态随机存取内存170(SRAM，Static Random AccessMemory)的暂存，便可将在先进先出缓冲器120中的序列数据取出一个9×5表格110，检测此表格的中央像素130是否为待调整像素(TBAP，To BeAdjusted Pixel)，若是则通过单输出边缘增强技术10进行待调整像素的调整。
请参阅图3，此为现有的双输出引擎应用的架构示意图，在图1中的序列数据必须区分为奇、偶数行序列数据，分别由第1、2输入单元141、142循序读入，如此一来便可达到原先单输出引擎输出速度的两倍，若是再个别套用上单输出边缘增强技术10，则可达到改进图像输出边缘平滑的效果，尤其待调整像素的边缘增强技术的运算颇为缓慢，若能实现2倍的输出速度，则输出速度的改进极为显著。
但是，在进行边缘增强运算时，由于序列数据必须循序读取，因此第1输入单元141及第2输入单元142无法随机存取，必须各自读取各自所要处理的数据，而需使用到2倍大小的先进先出缓冲器120，以及静态随机存取内存170，且相当于将数据自外部重复读取了两次，此将造成系统内部用于运算的记忆存储容量的大量消耗，尤其是用于内部信号传输总线(bus)的使用频宽，以及数据传递时所耗费的中央处理器(CPU，Central Processing Unit)资源，无论是在进行奇数行序列数据或是偶数行序列数据的边缘增强，要建构个别9×5表格110都必须重复读取许多次的数据，严重影响其它处理程序的执行，虽可达到打印速度加快及输出效果较好的优点，但却相对付出了更多的硬件成本，尤其是内存以及中央处理器资源的消耗。
发明内容
本发明所要解决的主要问题在于提供一种多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，使得通过读入序列数据(serial data)时，于先进先出(FIFO，first in first out)缓冲器及静态随机存取内存(SRAM，StaticRandom Access Memory)中序列数据的循序移动，于先进先出缓冲器中取出n个9×5表格以作为边缘增强技术(EET，Edge Enhancement Technology)运算所须的表格。
因此，为达上述目的，本发明所提供的一种多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，包含了下列步骤首先，由第1输入单元读入第1行序列数据，且第2输入单元读入第2行序列数据，依此类推，第n输入单元读入第n行序列数据，并依序列数据的各行顺序填满第1缓冲器至第n+4缓冲器的前9列数据，前4行的序列数据中未能存入各该缓冲器的数据则先置于静态随机存取内存；同时于此n+4个缓冲器中，依序取出n个9×5表格用以检测，判断每个表格的中央像素是否为待调整像素(TBAP，To Be Adjusted Pixel)；若为待调整像素，则以此待调整像素为中央像素的9×5表格作边缘增强计算，而产生调整后的中央像素值；然后，输出此n个调整或不需调整的中央像素值；当第1输入单元至第n输入单元再次读入下一位数据时，则将第1缓冲器至第n缓冲器的第一列位数据移除，第n+1缓冲器至第n+4缓冲器的第一列位数据，则各存入第1内存至第4内存的一端位置中，而先进先出缓冲器第一列后方的各列位数据均往左移动一位位置，并于4个随机存取内存的另一端位置各取出一位数据，依序存入第1缓冲器至第4缓冲器的末端位置列，并将第1输入单元至第n输入单元所读入下一位数据存入第5缓冲器至第n+4缓冲器中；最后，依上述步骤进行各个9×5表格的中央像素值的检测及调整，直至无下一位数据的输入。
本发明可在进行多组边缘增强运算时，大幅减少硬件资源的耗费。避免了因重复读取数据而影响程序处理的速度。同时可以提供较快的打印速度及较好的输出效果。
图1为现有的单输出边缘增强技术(EET，Edge Enhancement Technology)应用的架构示意图；图2为现有的单输出(one beam)边缘增强技术的运行示意图；图3为现有的双输出(two beam)引擎应用的架构示意图；
图4为本发明的双输出边缘增强技术的架构示意图；图5a～5i为本发明的双输出边缘增强技术一实施例的流程拆解示意图；图6为本发明的取双输出边缘增强技术所需9×5表格的一实施例示意图；图7a、7b为本发明的双输出边缘增强技术由原先运算区块转换成下一运算区块的一实施例示意图；图8为本发明的多输出像素装置进行边缘增强的实施示意图；图9为本发明的方法流程图；及图10为本发明由原先运算区块转换成下一运算区块的方法流程图。
其中，附图标记10 单输出(one beam)边缘增强技术20 双输出边缘增强技术 110 9×5表格111第一9×5表格 112 第二9×5表格11n第n 9×5表格 120 先进先出缓冲器130中央像素 131 第一中央像素132第二中央像素 140 输入单元141第一输入单元 142 第二输入单元150暂存区块 160 间隔区块170静态随机存取内存 180 运算区块182运算区块的第n+1缓冲器至第n+4缓冲器的第一列位数据184自4条静态随机存取内存中所传入的序列数据186第一输入单元及第二输入单元所读入的序列数据190数字图像序列数据 14n 第n输入单元步骤100 填满第1缓冲器至第n+4缓冲器的前9列数据，未能存入各该缓冲器的数据则先置于静态随机存取内存步骤200 于此n+4个缓冲器的前9列数据中，依序取出n个9×5表格作边缘增强需求的检测步骤300 判断中央像素是否为待调整像素？步骤400 以此待调整像素为中央像素的9×5表格经边缘增强技术运算产生调整的中央像素值步骤500 输出此n个调整或不需调整的中央像素值步骤600 读入下一位数据并移动各个缓冲器及静态随机存取内存中已读入的序列数据步骤700 判断是否有下一位数据需读入？步骤610 将第1缓冲器至第n缓冲器的第一列位数据移除步骤620 第n+1缓冲器至第n+4缓冲器的第一列位数据，分别存入第1内存至第4内存的一端位置中步骤630 先进先出缓冲器第一列后方的各列位数据均往左移动一位步骤640 于第1内存至第4内存的另一端位置各取出一位数据，依序存入第1缓冲器至第4缓冲器的末端位置列步骤650 将第1至第n输入单元所读入下一位数据存入第5缓冲器至第n+4缓冲器中具体实施方式
有关本发明的特征与实施例，现配合附图详细说明如下。本发明提供了一种于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法。以下详细说明中，将描述多种特定细节以提供完整说明。但对本领域的普通技术人员，不需这些特定细节就可实施本发明，或替换掉部分组件或方法来实施本发明。本发明不详细地说明已知的方法、程序、部件、以及电路，以免混淆本发明的重点。
虽然，本发明可推广至n个输出像素装置的应用，但为求容易理解，先以两个输出像素装置为例说明，请参阅图4，此为本发明的双输出边缘增强技术(EET，Edge Enhancement Technology)的架构示意图，第1输入单元141负责读入奇数行序列数据，同时第2输入单元142也读入偶数行序列数据后，经过双输出边缘增强技术20处理过后，分别传至奇数行激光二极管(LD，LaserDiode)及偶数行激光二极管，再通过转盘(spinner)输出两行序列数据至显示装置或是打印装置。本发明虽同样为使用2个单输出边缘增强技术10来实现双输出边缘增强技术20，但所使用的6个先进先出(FIFO，first in first out)缓冲器120其使用量比现有方式减少一半，同时还使用了静态随机存取内存170(SRAM，Static Random Access Memory)，详细的数据处理方式请见下图。
请参阅图5a，首先于先进先出缓冲器120中开出6个缓冲器，先进先出缓冲器120通常为与中央处理器连接的寄存器(register)，其存取速度比静态随机存取内存170快，但价格较为昂贵，故一般而言容量并不大，大都在1K字节(bytes)以内。第1输入单元141将第1行序列数据的第1位数据(假设为图中的“0”)读入，且同时第2输入单元142将第2行序列数据的第1位数据(假设为图中的“1”)读入后，先存于间隔区块160后端的第5缓冲器及第6缓冲器中，其中间隔区块160是用来区分运算区块180及暂存区块150，实际操作上也可取消间隔区块160的设置以节省缓存器的空间。
接着，第1输入单元141继续读取第1行序列数据第2位数据，一样存入第1位数据原先存放的位置，而第1位数据则先往左移动一个位置，第2输入单元142亦然，如图5b所示，当第1行序列数据的第1位数据(“0”)及第2行序列数据的第1位数据(“1”)移动到第5缓冲器及第6缓冲器的第1列位置时，当再读入下一位数据时，则第1行序列数据的第1位数据(“0”)移动至第3内存的一端写入，同时第2行序列数据的第1位数据(“1”)移动至第4内存的同一端写入。
再继续读取序列数据，当“0”及“1”到达第3内存及第4内存的另一端时，如图5c所示，接着这两个位数据“0”及“1”便移动到第3缓冲器及第4缓冲器的暂存区块150后端开始存入，其中暂存区块150的空间可视实际操作需要设置其大小。当第1行序列数据及第2行序列数据皆已读入先进先出缓冲器120及静态随机存取内存170后，请参阅图5d，第1行序列数据的第1位数据(“0”)及第2行序列数据的第1位数据(“1”)移动到第3缓冲器及第4缓冲器于间隔区块160后方开始的第1列位置时，第1输入单元141将第3行序列数据的第1位数据(假设为图中的“2”)读入，且同时第2输入单元142将第4行序列数据的第1位数据(假设为图中的“3”)读入后，如“0”及“1”的存放方式，先存于间隔区块160后端的第5缓冲器及第6缓冲器中。
但实际操作中，也可取消缓存器中的间隔区块160与暂存区块150，则可进一步减少进行边缘增强技术运算时缓存器占用的空间。但相对无暂存机制的设置，数据处理的效率将降低，而其实施方式将变成如图5e所示。当第1行序列数据的第1位数据(“0”)及第2行序列数据的第2位数据(“1”)正准备被移动到第3缓冲器及第4缓冲器的运算区块180第9列位置时，第1输入单元141及第2输入单元142同时将第3行序列数据的第1位数据(假设为图中的“2”)及第4行序列数据的第1位数据(假设为图中的“3”)读入，“0”、“1”、“2”及“3”同时写入到运算区块120的第3缓冲器、第4缓冲器、第5缓冲器及第6缓冲器的第9列位置。当第1输入单元141及第2输入单元142再读入第3行序列数据及第4行序列数据的第2位数据时，“0”、“1”、“2”及“3”此4个第1位数据将由第9列位置搬移至第8列后，第1行序列数据、第2行序列数据、第3行序列数据及第4行序列数据的第2位数据再同时写入第3缓冲器、第4缓冲器、第5缓冲器及第6缓冲器的第9列位置。
再回到含间隔区块160与暂存区块150的实施例作说明，请参阅图5f，当第“0”、“1”、“2”及“3”移动到第3缓冲器、第4缓冲器、第5缓冲器及第6缓冲器的第1列位置时，当第1输入单元141及第2输入单元142再读入下一位数据时，则“0”、“1”、“2”及“3”同时移动至第1内存、第2内存、第3内存及第4内存的一端写入。
当第1行序列数据、第2行序列数据、第3行序列数据及第4行序列数据随着指针顺序填满静态随机存取内存170，也就是说“0”、“1”、“2”及“3”因移动到达了静态随机存取内存170的另一端，如图5g所示，则“0”、“1”、“2”及“3”将移动到暂存区块150的第1缓冲器、第2缓冲器、第3缓冲器及第4缓冲器；当第1行序列数据、第2行序列数据、第3行序列数据及第4行序列数据皆已读入先进先出缓冲器120及静态随机存取内存170后，请参阅图5h，此时“0”、“1”、“2”及“3”已移动到第1缓冲器、第2缓冲器、第3缓冲器及第4缓冲器于间隔区块160后方开始的第1列位置时，而第1输入单元141将第5行序列数据的第1位数据(假设为图中的“4”)读入，同时第2输入单元142将第6行序列数据的第1位数据(假设为图中的“5”)读入后，先存于间隔区块160后端的第5缓冲器及第6缓冲器中。
最后，形成图5i所示的存放结果。其中第1缓冲器存放第1行序列数据，第2缓冲器存放第2行序列数据，第3缓冲器存放第3行序列数据，第4缓冲器存放第4行序列数据，第5缓冲器存放第5行序列数据，第6缓冲器存放第6行序列数据，且运算区域180的9×6区块皆已填满，而第1行序列数据、第2行序列数据、第3行序列数据及第4行序列数据除填满第1缓冲器、第2缓冲器、第3缓冲器及第4缓冲器外，其个别剩余数据将依序置于第1内存、第2内存、第3内存及第4内存中。
接下来，开始取出用以计算边缘增强技术所须的9×5表格110，如图6所示。取该9×6区块的前5行作为第1个9×5表格111，检测其第1中央像素131(位于9×5表格的第3行第5列位置)是否为待调整像素(TBAP，To BeAdjusted Pixel)，而该9×6区块的第2行至第6行则作为第2个9×5表格112，并在此表格内检测第2中央像素132是否为待调整像素。假设第1中央像素131经判断后为待调整像素，则通过单输出边缘增强技术10以第1个9×5表格111进行第一中央像素131的计算调整；同理，当第2中央像素132经判断为待调整像素，则同样通过单输出边缘增强技术10以第2个9×5表格112进行第二中央像素132的计算调整，但若为不需调整的中央像素则可直接传至激光二极管，并输出至显示装置或打印装置。
当第1行序列数据及第2行序列数据皆因运算完成而均被移除时，此时第3行序列数据及第4行序列数据转而填满第1缓冲器及第2缓冲器，而第5行序列数据及第6行序列数据也已全部读入先进先出缓冲器120及静态随机存取内存170。以此类推，即可将序列数据全部读入进行处理。
再举一实施例说明，请参阅图7a，假设数字图像序列数据190中，前4行序列数据皆已完成边缘增强技术调整，且第一中央像素131此时为数字图像序列数据190的第5行第10列的位数据，而第二中央像素132此时为数字图像序列数据190的第6行第10列的位数据，并分别以此两个待调整像素为中心像素的9×5表格111、112进行边缘增强计算，获得调整后的像素值后即输出。接着请参阅图7b，将第3行第6列及第4行第6列两笔运算后移除的位数据自先进先出缓冲器120中移除，而同一列的剩余4个位数据182则存入静态随机存取内存中170的一端，并于静态随机存取内存170的另一端抓取前4行的下一位数据填入前4个缓冲器的最末端位置184。而第5及第6缓冲器的最末端位置186则存放第一读取单元141及第二读取单元142所读入的下一位数据，因此由图中即可清楚的发现，第一中央像素131已由c将a取代，而第二中央像素132也由d将b取代，两个9×5表格111、112内的位数据向左移了一格位置，也就相当于以a与b的下一个位数据为中心，两个9×5表格111、112右移一个位置进行边缘强化的检测及调整。
请参阅图8，此为本发明推广至多输出像素装置进行边缘增强的实施示意图，并参阅图9，此为本发明的方法流程图；首先，由第1输入单元141读入第1行序列数据，且第2输入单元142读入第2行序列数据，依此类推，第n输入单元143读入第n行序列数据，并依序列数据的各行顺序填满第1缓冲器至第n+4缓冲器的前9列数据，而前4行的序列数据中未能存入各该缓冲器的数据则先置于静态随机存取内存170(步骤100)；接着，同时于此n+4个缓冲器中，依序取出n个9×5表格111、112、…、113(步骤200)，用以判断每个表格的中央像素131、132、…、133是否为待调整像素(TBAP，To Be AdjustedPixel)(步骤300)。若为待调整像素，则以此待调整像素为中央像素的9×5表格作边缘增强技术运算，而产生调整后的中央像素值(步骤400)；然后，输出此n个调整或不需调整的中央像素值(步骤500)；再由各个输入单元141、142、…、143，读入前n行序列数据的下一位数据，并移动各个缓冲器及静态随机存取内存170中已读入的序列数据(步骤600)，详细方式如图10所示，当第1输入单元141至第n输入单元143再次读入下一位数据时，则将第1缓冲器至第n缓冲器的第一列位数据移除(步骤610)，而第n+1缓冲器至第n+4缓冲器的第一列位数据，则分别存入第1内存至第4内存的一端位置中(步骤620)，先进先出缓冲器120中第一列后方的各列位数据均往左移动一位(步骤630)，并于4个静态随机存取内存170的另一端位置各取出一位数据，依序存入第1缓冲器至第4缓冲器的末端位置列(步骤640)，并将第1输入单元141至第n输入单元143所读入下一位数据存入第5缓冲器至第n+4缓冲器中(步骤650)；最后，依上述步骤进行各个9×5表格111、112、…、113的中央像素值的检测及调整，直至无下一位数据的输入(步骤700)。
综上所述，通过本发明提供的方法，欲进行边缘增强的序列数据的各位数据只会由所有的输入单元总共被读取一次，因此不会有外部输出入频宽的浪费，中央处理器也不需花费额外的处理资源来进行外部数据的读取及等候。而且通过本发明的方法，系统内部的先进先出缓冲器120及静态随机存取内存170的需求，并不会因越来越多的输入单元140或者多个像素输出，变成倍数的增加，而能控制在常数增加的范围内。如此一来，当输入单元的数量越多时，减少系统内部资源耗费的效果就更为明显，且只要中央处理器的运算能力够强大，便能达到n个位数据读入时，同时输出n个经过边缘增技术处理过的像素。
虽然本发明以前述的较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与修改，因此本发明的专利保护范围须视所附的权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，应用在具有n个输入单元的一多输出像素装置，该装置具有n+4个缓冲器及4条静态随机存取内存，该n+4个缓冲器前9列为一运算区块，其特征在于，该方法包含下列步骤将序列数据依序填满该运算区块，其中该运算区块前4行序列数据中，未能存入各缓冲器的数据，则先置于该4条静态随机存取内存中；于该运算区块中，依各该缓冲器的排列顺序取出n个9×5表格作边缘增强需求的检测；针对该n个9×5表格需做边缘增强的中间像素进行边缘增强技术的调整运算；输出该n个调整或不需调整的中央像素值；移动该n+4个缓冲器及该4条静态随机存取内存中已读入的序列数据；及自该n个输入单元各读入下一个位数据。
2.如权利要求1所述的于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，其特征在于，各该缓冲器还包含一暂存区块，用以存放自该n个输入单元读入的部分序列数据。
3.如权利要求2所述的于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，其特征在于，该暂存区块还用以存放自该4条静态随机存取内存因移动而传入的序列数据。
4.如权利要求2所述的于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，其特征在于，各该缓冲器还包含一间隔区块，用以区分该暂存区块的数据与该运算区块的数据。
5.如权利要求1所述的于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，其特征在于，各该缓冲器为先进先出缓冲器。
6.如权利要求1所述的于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，其特征在于，该中央像素为9×5表格中第3行第5列位置的像素。
7.如权利要求1所述的于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，其特征在于，第n个9×5表格的第1行为第n个缓冲器的前9列序列数据，而该第n个9×5表格的第5行为第n+4个缓冲器的前9列序列数据。
8.如权利要求1所述的于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，其特征在于，移动该n+4个缓冲器及该4条静态随机存取内存中已读入的序列数据，还包含下列步骤移除第1缓冲器至第n缓冲器的第一列位数据；第n+1缓冲器至第n+4缓冲器的第一列位数据，则各自存入该4条静态随机存取内存的一端位置中；第1缓冲器至第n+4缓冲器的第一列后方各列位数据均往左移动一位；于该4条静态随机存取内存的另一端位置各取出一位数据，依序存入第1缓冲器至第4缓冲器的末端位置列中；及将第1输入单元至第n输入单元所读入下一位数据，依序存入第5缓冲器至第n+4缓冲器的末端位置列中。
9.一种移动序列数据产生下一表格的方法，其特征在于，应用在第1缓冲器至第n+4缓冲器的前9列位置皆已填满序列数据，4条静态随机存取内存中具有未能存入各该缓冲器的序列数据时，为循序产生用以进行边缘增强技术运算的n个9×5表格，该方法包含下列步骤移除第1缓冲器至第n缓冲器的第一列位数据；将第n+1缓冲器至第n+4缓冲器的第一列位数据各存入该4条静态随机存取内存的一端位置中；第1缓冲器至第n+4缓冲器的第一列后方各列位数据均往左移动一位；于该4条静态随机存取内存的另一端位置各取出一位数据，依序存入第1缓冲器至第4缓冲器的末端位置列中；及将第1输入单元至第n输入单元所读入下一位数据，依序存入第5缓冲器至第n+4缓冲器的末端位置列中。
10.如权利要求9所述的移动序列数据产生下一表格的方法，其特征在于，第n个9×5表格的第1行为第n个缓冲器的前9列序列数据，而该第n个9×5表格的第5行为第n+4个缓冲器的前9列序列数据。
全文摘要
本发明涉及一种于多输出像素装置上进行边缘增强时减少内存耗费的方法，利用既有的4条静态随机存取内存，以及n+4条先进先出缓冲器，当第1输入单元至第n输入单元读入下一位数据时，将第1缓冲器至第n缓冲器的第一列位数据移除，其后方的各列位数据均往左移动一位，而第n+1缓冲器至第n+4缓冲器的第一列位数据，则各存入第1内存至第4内存的一端位置中，并于另一端位置各取出一位数据，依序存入第1缓冲器至第4缓冲器的末端位置，并将所读入下一位数据存入第5缓冲器至第n+4缓冲器中，即可自先进先出缓冲器中同时取出n个9×5表格用于边缘增强运算。本发明在进行多组边缘增强运算时，可大幅减少硬件资源的耗费，避免因重复读取数据而影响处理速度。
文档编号H04N1/58GK1949820SQ200510112908
公开日2007年4月18日 申请日期2005年10月14日 优先权日2005年10月14日
发明者郭文宇, 胡哲弘 申请人:致伸科技股份有限公司