歸一化方法、多維插值方法及設備的製作方法

2023-05-18 09:32:21 1

專利名稱：歸一化方法、多維插值方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種歸一化(normalization)方法、多維插值方法及設備。
背景技術：
輸入和輸出裝置之間的顏色再現近年來，普遍將掃描器、攝像機等作為輸入裝置。此外，普遍將使用噴墨系統、染料熱升華(sublimation)系統、電子照像系統等的各種彩色印表機作為輸出裝置。通常，這些彩色輸入和輸出裝置分別具有特有的色空間。因為該原因，即使當將由任意掃描器掃描的彩色圖像按原樣傳送到彩色印表機，並由彩色印表機列印時，列印的彩色圖像的顏色極少與由掃描器掃描的原稿彩色圖像的顏色匹配。
為了針對彩色圖像等解決這種與裝置之間的顏色再現性有關的問題，需要用於將輸入裝置的色空間變換為輸出裝置的色空間的處理(下文中稱為「色空間變換」)。為達到該目的，通常輸入和輸出裝置都包含色空間變換功能，從而提高輸入和輸出裝置之間的顏色再現性能。
應當指出，色空間變換表示一系列完整的圖像處理，例如輸入γ(伽馬)校正、亮度濃度變換、遮蔽(masking)、黑生成(blackgeneration)、UCR、輸出γ校正等，或者在某些情況下僅為這些處理中的一部分。
作為色空間變換方法，同時參考輸入裝置的三種顏色的數字圖像信號，並將其變換為輸出裝置的三種或者四種顏色的數字圖像信號。
輸入裝置的三種顏色表示例如紅、藍和綠(下文中簡稱為「RGB」)。輸出裝置的三種顏色表示例如青、品紅和黃(下文中簡稱為「CMY」)。輸出裝置的四種顏色表示例如青、品紅、黃和黑(下文中簡稱為「CMYK」)。在電子照像系統的複印機的情況下，由於印表機的引擎特性隨著運行時間的流逝而變化，因此需要定期的校準。由於該原因，在這種情況下，也需要從輸出裝置的四種顏色(例如「CMYK」)變換為輸出裝置的四種顏色(例如「CMYK」)。
色空間變換方法概述作為實現色空間變換的方法，可以使用將變換結果以查找表(下文中簡稱為「LUT」)形式存儲在存儲器中、並響應輸入數字圖像信號從該LUT輸出變換結果的方法。
使用LUT的色空間變換方法經常一起使用插值計算以減小LUT的存儲器的大小。使用三維插值計算來實現三色的輸入數字圖像信號的色空間變換。此外，使用四維插值計算來實現四色的輸入數字圖像信號的色空間變換。
下面說明使用三維查找表(下文中簡稱為3D-LUT)和三維插值計算二者的三色輸入數字圖像信號的色空間變換。
色空間變換方法的詳細內容圖12示出使用3D-LUT通過三維插值計算實現色空間變換的功能框圖。使用這些功能塊，對輸入數字圖像信號(R，G，B)1205可以得到插值1235。
在獲得插值1235時，數據分割單元1210將輸入數字圖像信號(R，G，B)1205分割為高位信號1215和低位信號1218。將三個數字圖像信號的高位信號1215作為色空間的整數坐標intg_coord，從而選擇在三維插值計算中使用的單位立體(unit solid)。
圖13的附圖標記「a」示出由限定值通過沿各軸方向分割三維輸入的色空間(RGB空間)所得到的單位立體。在圖13的附圖標記「a」中，著色部分表示由高位信號1215選擇的單位立體，在三維插值計算中使用該單位立體。
應當指出，在圖12中的3D-LUT 1220中預存與圖13的附圖標記「b」表示的單位立體的各頂點(RD0～RD7)相對應的色空間變換後的數據。下文中將這些數據稱為參考值RD 1225(圖12所示)。
當從3D-LUT 1220讀出與選擇的單位立體的各頂點相對應的參考值RD 1225時，將參考值RD 1225輸入到插值計算單元1230。
另一方面，將三個數字圖像信號的低位信號1218作為色空間的小數坐標(小數部分的坐標)frac_coord，並用來計算三維插值計算的加權係數(插值係數)g。在圖12所示的功能塊中將小數坐標frac_coord自身用作加權係數(插值係數)g。
插值計算單元1230通過參考值RD 1225和加權係數(插值係數)g的插值計算(在大多數情況下為積和計算)來計算插值X 1235作為圖12中的功能框的輸出。立方體插值計算情況下的插值計算公式如下(參見圖13的附圖標記「b」)。
fi小數坐標frac_coord[i](i輸入軸編號)Si區間寬度(相鄰參考點RD之間的間隔)Gi加權係數(插值係數)gi=fiSi]]>t0＝RD0+(RD1-RD0)×g0t1＝RD2+(RD3-RD2)×g0t2＝t0+(t1-t0)×g1t3＝RD4+(RD5-RD4)×g0t4＝RD6+(RD7-RD6)×g0t5＝t3+(t4-t3)×g1
X＝t2+(t5-t2)×g2整數坐標、小數坐標和加權係數計算方法概述作為從高位信號1215計算色空間的整數坐標intg_coord的方法和從低位信號1218計算小數坐標frac_coord和加權係數(插值係數)g的方法，大致有兩種不同的現有技術。這兩種現有技術之間的不同之處在於在圖13的附圖標記「a」所示的色空間的各軸(R，G，B)上存在的參考值RD 1225由2M個點((2的M次冪)點)或者2M+1個點((2的M次冪+1)點)定義。
參考值RD 1225由2M個點定義的情況稱為現有技術1，參考值RD 1225由2M+1個點定義的情況稱為現有技術2，下面說明這兩種現有技術。為了簡單起見，下面以線性插值計算為例代替三維插值計算，如圖14中的附圖標記「a」和「b」所示。由於以下說明針對N維插值計算的輸入軸中的每一個進行，因此對線性插值計算的說明就足夠了。
使用現有技術1的計算方法(當參考值由2M個點定義時)下面使用圖14中的附圖標記「a」說明現有技術1。現有技術1的優點在於，由於沿軸分配2M個點的參考值RD，因此在LUT中存儲的參考值RD的總數為2的冪的值。
通常，將LUT實現為存儲器。首先，由於當項數為2的冪的值時，存儲器變為最有效率的電路，因此可以容易地形成現有技術1的LUT的硬體，從而提供現有技術1的優點。相反地，現有技術1具有以下缺點。
當由輸入色調P[位]表示輸入數字圖像信號(R，G，B)1205中的每一個時，輸入色調P具有0～2P-1的色調範圍和最大色調位2P-1。圖14中的附圖標記「a」所示的輸入數字圖像信號data_in表示與輸入數字圖像信號(R，G，B)1205的一個軸相對應的輸入數字圖像信號。
在現有技術1中，由於沿軸以幾乎相等間隔在色調0～2P-1上分配2M個點的參考值，因此形成相鄰的參考值RD之間的2M-1個間隔(下文中稱為區間)。一個區間的長度(區間寬度S)為最大色調2P-1除以區間數2M-1所得到的值。
從圖14中的附圖標記「a」可以理解，如果在邊界值2S和3S之間存在輸入數字圖像信號data_in，如圖14的附圖標記「a」所示，則線性插值計算所需的參考點為RD[2S]和RD[3S]。
這時，色空間的整數坐標intg_coord為邊界值2S，色空間的小數坐標frac_coord為從輸入數字圖像信號data_in中減去邊界值2S所得到的值(即上述除法的餘數)。
使用現有技術1的方法，由於區間數2M-1總為奇數值，因此不能通過簡單的位操作來計算色空間的整數坐標intg_coord。因此，在現有技術1中，通常，輸入數字圖像信號data_in除以區間寬度S，除法結果的商用作色空間的整數坐標intg_coord，除法結果的餘數用作色空間的小數坐標frac_coord。
為達到該目的，現有技術1需要除法器來計算插值計算所需的色空間的整數坐標intg_coord和小數坐標frac_coord。
此外，根據輸入數字圖像信號data_in的位深度P[位]和每一個軸的參考值RD的數量2M的組合，引起圖15所示的問題。
更具體地，當最大色調2P-1可以被區間數2M-1除盡(餘數＝「0」)時，全部區間具有相等的區間寬度S。然而，當最大色調2P-1不能被區間數2M-1除盡時，像圖15中的陰影線區間一樣形成具有與其他區間不同的區間寬度S的區間。由於該原因，必須在例如寄存器等的存儲裝置中預存各區間的邊界值和區間寬度，並且必須將輸入數字圖像信號data_in與全部邊界值進行比較以基於其比較結果來計算色空間的整數坐標intg_coord。其結果是，隨著每一個軸的參考值數量的增加，該與邊界值進行比較的處理產生較重的計算負荷。
使用現有技術2的計算方法(當參考值由2M+1個點定義時)下面使用圖14中的附圖標記「b」說明現有技術2。現有技術2的優點在於不像上述現有技術1一樣需要除法器來計算插值計算所需的色空間的整數坐標intg_coord和小數坐標frac_coord。另一個優點在於不需要進行輸入數字圖像信號data_in與全部邊界值的比較處理。
如圖14中的附圖標記「b」所示，在現有技術2中，沿軸在色調0～2P-1上以相等的間隔分配2M+1個點的參考值RD。由於該原因，相鄰的參考值RD之間的間隔(區間)數為2M。不可避免的，一個區間的長度(區間寬度S)為最大色調2P-1除以區間數2M所得到的值。然而，可以通過將輸入數字圖像信號右移M位的計算來計算色空間的整數坐標intg_coord。這時，色空間的小數坐標frac_coord為輸入數字圖像信號的低M位。
應當指出，在現有技術2中必須小心計算色空間的小數坐標frac_coord。由於最大色調不是2P而是2P-1，因此第一(「1」)～第「2M-1」個區間具有2P-M的區間寬度S。此外，小數坐標frac_coord的色調數變為2M個色調。然而，最後第「2M」個區間的區間寬度S變為2PM-1，小數坐標frac_coord的色調數變為2M-1。
因為該原因，必須將最後第「2M」個區間的小數坐標frac_coord通過乘以2P-M/(2P-M-1)而調整為其他區間。
在現有技術2中，由於沿軸分配2M+1個點的參考值RD，因此在LUT中存儲的參考值RD的總數不是2的冪的值。因為該原因，不像現有技術1，當由存儲器構成LUT時，LUT不是有效率的電路。
在N維插值設備中，由於LUT的電路規模隨著輸入數字圖像信號的維數N的增加而指數增加，因此各軸所需的參考值RD的總數優選儘可能小。現有技術1的參考值RD的總數為(2M)N，而現有技術2的參考值RD的總數為(2M+1)N。因為該原因，現有技術2需要比現有技術1大的LUT的電路規模。此外，現有技術1需要除法器來代替現有技術2中的簡單的移位計算。然而，在3或者4維插值電路中，由存儲器構成的LUT的電路規模佔用整個設備的電路規模的大部分。因為該原因，雖然計算內容複雜，但現有技術1具有較小的電路規模。
如上所述，現有技術1和2具有相反的優點和缺點。因為該原因，當要減小LUT的電路規模時，由現有技術1來實現多維插值設備。當要簡化計算處理時，由現有技術2來實現多維插值設備。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種具有小的電路規模和輕的計算處理的歸一化方法、多維插值方法及設備。
本發明的另一目的是提供一種歸一化方法，用於將由二進位計數法表示的P位輸入數位訊號歸一化為2M-1個色調(hue)(0＜M≤P)，包括如下步驟重複連接輸入數位訊號的高M位直至達到P位；將作為連接步驟的連接結果而得到的連接信號與輸入數位訊號進行比較；以及根據比較步驟的比較結果，將高M位表示的值或者從高M位表示的值中減去1所得到的值確定為歸一化值。
本發明的另一目的是提供一種多維插值方法，其在多維插值設備中使用，通過將具有P位輸入色調並由二進位計數法表示的輸入數字圖像信號量化為2M-1個色調來進行色空間變換的多維插值計算(0＜M≤P)，包括如下步驟重複連接輸入數字圖像信號的高M位直至達到P位；將作為連接步驟的連接結果而得到的連接信號與輸入數字圖像信號進行比較；以及根據比較步驟的比較結果，將高M位表示的值或者從高M位表示的值中減去1所得到的值確定為量化值。
本發明的又一目的是提供一種歸一化方法，用於將由二進位計數法表示的P位輸入數位訊號歸一化為2M-1個色調(0＜M≤P)，包括如下步驟重複L次連接輸入數位訊號的高M位直至超過P位，其中L為整數；將輸入數位訊號的高M×L-P位連接到輸入數位訊號的最低有效位(least significant bit，LSB)；比較兩個連接步驟的連接結果；以及根據比較步驟的比較結果，將高M位表示的值或者從高M位表示的值中減去1所得到的值確定為歸一化值。
本發明的又一目的是提供一種多維插值方法，其在多維插值設備中使用，通過將具有P位輸入色調並由二進位計數法表示的輸入數字圖像信號量化為2M-1個色調來進行色空間變換的多維插值計算(0＜M≤P)，包括如下步驟重複L次連接輸入數字圖像信號的高M位直至超過P位，其中L為整數；將輸入數字圖像信號的高M×L-P位連接到輸入數字圖像信號的LSB；比較兩個連接步驟的連接結果；以及根據比較步驟的比較結果，將高M位表示的值或者從高M位表示的值中減去1所得到的值確定為量化值。
本發明的另一目的是提供一種歸一化設備，用於將由二進位計數法表示的P位輸入數位訊號歸一化為2M-1個色調(0＜M≤P)，包括連接單元，用於重複連接輸入數位訊號的高M位直至達到P位；比較單元，用於將作為連接單元的連接結果而得到的連接信號與輸入數位訊號進行比較；以及歸一化值確定單元，用於根據比較單元的比較結果，將高M位表示的值或者從高M位表示的值中減去1所得到的值確定為歸一化值。
本發明的另一目的是提供一種多維插值設備，通過將具有P位輸入色調並由二進位計數法表示的輸入數字圖像信號量化為2M-1個色調來進行色空間變換的多維插值計算(0＜M≤P)，包括連接單元，用於重複連接輸入數字圖像信號的高M位直至達到P位；比較單元，用於將作為連接單元的連接結果而得到的連接信號與輸入數字圖像信號進行比較；以及量化值確定單元，用於根據比較單元的比較結果，將高M位表示的值或者從高M位表示的值中減去1所得到的值確定為量化值。
本發明的另一目的是提供一種歸一化設備，用於將由二進位計數法表示的P位輸入數位訊號歸一化為2M-1個色調(0＜M≤P)，包括第一連接單元，用於重複L次連接輸入數位訊號的高M位直至超過P位，其中L為整數；第二連接單元，用於將輸入數位訊號的高M×L-P位連接到輸入數位訊號的LSB；比較單元，用於比較第一連接單元和第二連接單元的連接結果；以及歸一化值確定單元，用於根據比較單元的比較結果，將高M位表示的值或者從高M位表示的值中減去1所得到的值確定為歸一化值。
本發明的另一目的是提供一種多維插值設備，通過將具有P位輸入色調並由二進位計數法表示的輸入數字圖像信號量化為2M-1個色調來進行色空間變換的多維插值計算(0＜M≤P)，包括第一連接單元，用於重複L次連接輸入數字圖像信號的高M位直至超過P位，其中L為整數；第二連接單元，用於將輸入數字圖像信號的高M×L-P位連接到輸入數字圖像信號的LSB；比較單元，用於比較第一連接單元和第二連接單元的連接結果；以及量化值確定單元，用於根據比較單元的比較結果，將高M位表示的值或者從高M位表示的值中減去1所得到的值確定為量化值。
從以下對典型實施例的說明(參考附圖)，本發明的其它特徵將變得明顯。


包含在說明書中並構成說明書的一部分的

本發明的實施例，並且與說明書一起用於說明本發明的原理。
圖1是示出彩色複印機的整體配置的例子的框圖；圖2是示出根據本發明實施例的多維插值設備的電路配置的框圖；圖3是示出根據本發明實施例的多維插值設備的數據分割單元和加權係數計算單元的處理的流程圖；圖4是示出根據本發明第一實施例的多維插值設備中的「準備」處理的說明性視圖；圖5是示出根據本發明第一實施例的多維插值設備中的「分類」處理的流程圖；圖6是示出根據本發明第一實施例的多維插值設備中的「分類」處理的說明性視圖；圖7是示出根據本發明第二實施例的多維插值設備中的「準備」處理的說明性視圖；圖8是示出根據本發明第二實施例的多維插值設備中的「分類」處理的流程圖；圖9是根據本發明第二實施例的多維插值設備中的「分類」處理的說明性視圖；圖10是示出當各軸的參考點的數量不同時的歸一化的說明性視圖；圖11是示出根據本發明第二實施例的多維插值設備的數據分割單元和加權係數計算單元的電路例子的框圖；圖12是示出用於使用3D-LUT進行三維插值計算的功能塊的框圖；圖13是示出三維輸入的色空間(RGB空間)沿各軸方向除以有限值(limited value)而得到的單位立體的視圖，以及示出選擇的單位立體的視圖；圖14是現有技術1和2的多維插值設備的說明性視圖；
圖15示出現有技術1的區間寬度；以及圖16是根據另一個實施例的紋理圖的說明性視圖。
具體實施例方式
現在根據附圖詳細說明本發明的優選實施例。
第一實施例彩色複印機的配置本發明不限於彩色複印機。然而，作為例子，下面說明本發明用於彩色複印機的情況。圖1示出包括根據本發明實施例的多維插值設備的彩色複印機的整體配置的例子。圖像掃描單元120包括CCD傳感器124、模擬信號處理器126等。由CCD傳感器124將經由透鏡122在CCD傳感器124上形成的原稿100的圖像變換為R、G和B模擬電信號。
將變換後的圖像信號輸入到模擬信號處理器126，對R、G和B各顏色進行校正等，然後進行模/數(A/D)轉換。將數字全色信號(下文中稱為數字圖像信號)輸入到圖像處理單元130。
圖像處理單元130對數字圖像信號施加輸入γ(伽馬)校正、色空間變換、濃度校正和畫面處理，並將處理後的數字圖像信號輸出到印表機單元140。印表機單元140包括包含雷射器等的曝光控制器(未示出)、圖像形成單元(未示出)、轉印薄片輸送控制器(未示出)等，並基於輸入數字圖像信號將圖像記錄在轉印薄片上。
CPU電路單元110包括用於運算控制的CPU 112、存儲永久性數據和程序的ROM 114、用來臨時存儲數據和加載程序的RAM116等。CPU電路單元110通過控制圖像掃描單元120、圖像處理單元130、印表機單元140等來系統地控制彩色複印機的序列。外部存儲裝置118是例如盤等的介質，其存儲彩色複印機使用的參數和程序。可以將數據、程序等從外部存儲裝置118加載到RAM 116上。
在前述彩色複印機中，作為圖像處理單元130的一個功能，實現根據本發明實施例的多維插值設備，該多維插值設備進行色空間變換。應當指出，本發明的多維插值設備將輸入裝置的色空間變換為輸出裝置的色空間，但是其可以進行全部類型的輸入和輸出裝置的色空間變換。下面使用圖2詳細說明多維插值設備的電路配置和處理流程。
多維插值設備的電路配置和全部處理流程圖2是用於說明根據本實施例的多維插值設備的電路配置和處理流程的框圖。根據本實施例的多維插值設備對N維輸入數字圖像信號進行插值計算，輸出新的信號作為插值。
將數字圖像信號205輸入到多維插值設備200。數字圖像信號205是N維信號。數據分割單元210將數字圖像信號205分割為整數坐標信號212和小數坐標信號214。由於數字圖像信號205是N維信號，因此數據分割後的整數坐標信號212和小數坐標信號214二者均包含N個信號。
通常，根據在插值計算中使用的單位立體的數量確定每一個整數坐標信號212的位深度。例如，如果N維空間的任意軸有2M-1個單位立體，則對應於該軸的整數坐標信號212的位深度為M位。
此外，通常，由從相應的數字圖像信號205的位深度中減去相應的整數坐標信號212的位深度所得到的剩餘位深度來表示每一個小數坐標信號214。然而，在本實施例中，如稍後的說明，將小數坐標信號214的位深度擴展到預定內部計算精度。因為該原因，從數據分割單元210輸出的每一個小數坐標信號214的位深度變為等於內部計算精度W位。
參考坐標選擇單元220確定從多維LUT 260讀出插值計算所需的參考值信號252所需的坐標，並將該坐標作為參考坐標信號222輸出。同樣地，加權係數計算單元240基於小數坐標信號214計算加權係數(插值係數)信號242，並將其輸出到插值計算單元270。
應當指出，稍後說明從小數坐標信號214計算加權係數(插值係數)242的方法。
參考值讀取單元250使用參考坐標信號222從多維LUT 260讀出所需數量的參考值，將其作為參考值信號252輸出。
由多個子存儲器來實現多維LUT 260。參考值讀取單元250將與子存儲器的數量相同的地址信號254輸出到副存儲器對其進行存取，並從子存儲器接收數據信號262。插值計算單元270接收所需數量的參考值信號252和加權係數(插值係數)信號242，進行預定插值計算(例如方程(1))，輸出一個輸出信號275(插值後的值)。
圖3是示出根據本實施例的多維插值設備的數據分割單元210和加權係數計算單元240的處理流程的流程圖。圖3中的「準備」處理(步驟S302)和「分類」處理(步驟S303)是用於計算插值計算所需的色空間的整數坐標intg_coord和小數坐標frac_coord的處理。
圖3中的「校正」處理(步驟S304)是用於通過歸一化小數坐標frac_coord來計算加權係數(插值係數)g的處理。
從圖3的流程圖明顯可以看出，與輸入數字圖像信號的維數(N次)相對應地進行一系列處理，即「準備」處理(步驟S302)、「分類」處理(步驟S303)和「校正」處理(步驟S304)(步驟S301和S305)。
用硬體實現時，通過安裝與上述一系列處理同樣多的硬體組(N組)，可以容易地實現並行處理，本發明的方法可以容易地擴展到N維插值設備。下面詳細說明上述一系列處理。
圖4的401是示出「準備」處理(步驟S302)的第一詳細處理內容的說明性視圖。在圖4中，「[i]」表示N維輸入數字圖像信號的第i個信號。
提取具有P位輸入色調的輸入數字圖像信號data_in[i]的高M位，將其定義為重複信號rpb[i](圖4的401中的處理A)。
將M位的重複信號rpb[i]重複連接L次(L為整數)，直到達到P位。這時，通過將重複信號rpb[i]重複L次形成的信號為L×M位。如果該信號大於P位，則切掉L×M-P位。將以這種方式產生的信號定義為比較信號boundary[i](圖4的401中的處理B)。
此外，將與處理B相同的處理施加到通過從重複信號rpb[i]中僅減去1所得到的信號，將產生的信號定義為比較信號boundary_m[i](圖4的401中的處理B ′)。
此外，將與處理B相同的處理施加到通過對重複信號rpb[i]僅加上1所得到的信號，將產生的信號定義為比較信號boundary_p[i](圖4的401中的處理B″)。
圖4的402示出在各處理中代入實際數值的例子。當參考值的數量為23(2的三次冪)時，提取輸入數字圖像信號data_in[i]的高三位。在這種情況下，輸入數字圖像信號data_in[i]的位深度為10位，必須重複四次連接以超過該位深度。因此，當提取的高3位是「011」時，通過將這些位連接四次得到的信號為「011 011 011011」。
在該連接信號中，由於低2位是多餘的，因此將其去除，比較信號boundary[i]由「011 011 011 0」表示。由於通過從重複信號rpb[i]中僅減去1所得到的信號為「010」，因此信號boundary_m[i]由「010 010 010 0」表示。此外，由於通過對重複信號rpb[i]僅加上1所得到的信號為「100」，因此信號boundary_p[i]由「100 100100 1」表示。
下面使用圖5說明「分類」處理(步驟S303)的第一詳細處理內容。應當指出，圖6的附圖標記「a」和「b」是用於說明「分類」處理(步驟S303)的概述的視圖。
在計算色空間的整數坐標intg_coord[i]和小數坐標frac_coord[i]時，使用在「準備」處理(步驟S302)中計算的重複信號rpb[i]、rpb[i]-1和rpb[i]+1與比較信號boundary[i]、boundary_m[i]和boundary_p[i]，以及輸入數字圖像信號data_in[i]。
圖6的附圖標記「a」和「b」中從左至右的箭頭表示與圖14的附圖標記「a」和「b」相同的輸入數字圖像信號data_in[i]的幅值，隨著箭頭從左向右移動，輸入數字圖像信號data_in[i]變大。圖6的附圖標記「a」和「b」中的每一個示出三個量化值「rpb[i]-1」、「rpb[i]」和「rpb[i]+1」，在這些量化值之間夾有兩個區間。
與這些量化值相對應的邊界值為比較信號boundary[i]、boundary_m[i]和boundary_p[i]。如果輸入數字圖像信號data_in[i]等於或者大於boundary[i](在步驟S501→步驟S502中的「否」的情況下)，則該流程前進到步驟S504。其結果是，如圖6的附圖標記「a」所示，色空間的整數坐標intg_coord[i]為rpb[i]。
然後，從輸入數字圖像信號data_in[i]中減去比較信號boundary[i]所得到的值變為色空間的小數坐標frac_coord[i]。從比較信號boundary_p[i]中減去比較信號boundary[i]所得到的值為區間寬度section[i]。
相反，如果輸入數字圖像信號data_in[i]小於boundary[i](在步驟S501→步驟S502中的「是」的情況下)，則該流程前進到步驟S503。其結果是，如圖6的附圖標記「b」所示，色空間的整數坐標intg_coord[i]為「rpb[i]-1」。
然後，色空間的小數坐標frac_coora[i]是從輸入數字圖像信號data_in[i]中減去boundary_m[i]所得到的值。此外，從比較信號boundary[i]中減去比較信號boundary_m[i]所得到的值為區間寬度section[i]。
如上所述，根據採用本實施例的處理的多維插值設備，在計算色空間的整數坐標intg_coord和小數坐標frac_coord時，不需要使用除法器或者餘數計算器。
即使當最大色調2P-1不能被區間數2M-1除盡時(當像圖15中的陰影區間一樣形成區間寬度S與其他區間不同的區間時)，在該多維插值設備中不需要進行現有技術1的如下處理用於預先存儲各區間的邊界值和區間寬度的處理，將輸入數字圖像信號data_in[i]與全部邊界值進行比較，並基於其比較結果計算色空間的整數坐標intg_coord[i]。
最後，由加權係數計算單元240在「校正」處理(步驟S304)中將小數坐標frac_coord[i]除以區間寬度section[i]，將商定義為加權係數(插值係數)g。
第二實施例在圖5所示的處理中，存在具有兩種不同的區間寬度(boundary_p[i]-boundary[i]和boundary[i]-boundary_m[i])的狀況。因此，在計算加權係數(插值係數)g時，小數坐標frac_coord[i]必須在「校正」處理(步驟S304)中除以區間寬度section[i]。即，為了處理任意的P位輸入色調和任意的M，加權係數計算單元240必須包含除法器。
然而，當最大色調2P-1能被區間數2M-1除盡時，區間寬度section[i]具有獨立於區間的相同值。因此，可以通過使用近似表達式來避免需要除法器。因此，下面說明使用近似表達式的方案。
圖7的701示出「準備」處理(步驟S302)的第二詳細處理內容。提取具有P位輸入色調的輸入數字圖像信號data_in[i]的高M位，並將其定義為重複信號rpb[i](圖7的701中的處理A)。
將M位的重複信號rpb[i]重複連接L次(L為整數)，直到連接結果等於或者大於P位。這時，將重複信號rpb[i]重複L次而形成的信號為L×M位(使bw[i]為該位深度)。
將以這種方式產生的信號定義為比較信號boundary[i](圖7的701中的處理B)。與圖4的處理不同，即使當將重複信號rpb[i]重複連接L次而產生的L×M位的信號大於P位時，也不切掉L×M-P位。
接下來，與在圖7的701中的處理B一樣，將表示「1」的M位信號(僅LSB為「1」的M位信號)重複連接相同的次數(L次)，因此產生L×M位的區間寬度信號section[i](圖7的701中的處理C)。
最後，將輸入數字圖像信號data_in[i]擴展L×M-P位以具有與比較信號boundary[i]的位深度相同的位深度。
提取輸入數字圖像信號data_in[i]的高L×M-P位，將其連接到輸入數字圖像信號data_in[i]的LSB，從而產生信號ex_data[i](圖7的701中的處理D)。
圖7的702示出在各處理中代入實際數值的例子。當參考值的數量為23(2的三次冪)時，提取輸入數字圖像信號data_in[i]的高三位。在這種情況下，必須重複四次連接以超過輸入數字圖像信號data_in[i]的10位的位深度。即，當提取的高3位為「011」時，將這些位連接四次得到的信號為「011 011 011 011」，將其用作比較信號boundary[i]。
將表示「1」的3位的值「001」類似地重複連接四次產生「001001 001 001」，將其用作區間寬度信號section[i]。
輸入數字圖像信號data_in[i]的位深度比比較信號boundary[i]的位深度小2位。為了補償這些位，將輸入數字圖像信號data_in[i]的高2位的值「01」連接到其LSB側以產生12位的擴展輸入數字圖像信號ex_data[i]。
下面使用圖8說明「分類」處理(步驟S303)的第二詳細處理內容。應當指出，圖9的附圖標記「a」和「b」是用於說明「分類」處理(步驟S303)的處理的視圖。在計算色空間的整數坐標intg_coord[i]和小數坐標frac_coord[i]時，使用在「準備」處理(步驟S302)中計算的重複信號rpb[i]、比較信號boundary[i]、區間寬度信號section[i]和擴展輸入數字圖像信號ex_data[i]。
圖9的附圖標記「a」和「b」中的每一個示出三個量化值「rpb[i]-1」、「rpb[i]」和「rpb[i]+1」，在這些量化值之間夾有兩個區間。與圖6的附圖標記「a」和「b」相同，對應於這些量化值的邊界值為比較信號boundary[i]、boundary_m[i]和boundary_p[i]。
如果擴展輸入數字圖像信號ex_data[i]等於或者大於boundary[i](在步驟S801→步驟S802中的「否」的情況下)，則該流程前進到步驟S804。其結果是，如圖9的附圖標記「a」所示，色空間的整數坐標intg_coora[i]為rpb[i]。從擴展輸入數字圖像信號ex_data[i]中減去比較信號boundary[i]所得到的值(圖8中的「tmp」)用作色空間的小數坐標frac_coord[i]。
相反，如果擴展輸入數字圖像信號ex_data[i]小於boundary[i](在步驟S801→步驟S802中的「是」的情況下)，則該流程前進到步驟S803。其結果是，如圖9的附圖標記「b」所示，色空間的整數坐標intg_coord[i]為「rpb[i]-1」的值。這時，可以通過從區間寬度section[i]中減去從擴展輸入數字圖像信號ex_data[i]中減去boundary[i]所得到的值(圖8中的「tmp」)的絕對值來計算色空間的小數坐標frac_coord[i]。
這時，由於比較信號boundary[i]是M位的整數倍，因此最大色調2M×L-1總是能被區間數2M-1除盡，區間寬度section[i]為獨立於區間的相同的值，即，由值M確定的固定值。因此，與圖4所示的處理不同，可以避免需要計算「rpb[i]-1」和「rpb[i]+1」的邊界值(boundary_m[i]和boundary_p[i])。
從上述說明可以看出，根據採用本實施例的處理的多維插值設備，在計算色空間的整數坐標intg_coord和小數坐標frac_coord時，不需要使用除法器和餘數計算器。最大色調2M×L-1總是能被區間數2M-1除盡，不會產生像圖15中的陰影區間那樣的具有與其他區間不同的區間寬度S的區間。
同樣在該處理中，在「校正」處理(步驟S304)中，小數坐標frac_coord[i]除以區間寬度section[i]，可以基於商來計算為加權係數(插值係數)g。然而，由於區間寬度section[i]為固定值，因此除法可以進行近似。
下面說明近似情況下的「校正」處理(步驟S304)。
圖10的附圖標記「a」示出三維插值計算中的長方體。當輸入數字圖像信號R、G和B在其軸上各自具有2MR、2MG和2MB個點的參考值時，參考值的總數為2(MR+MG+MB)。
這時，圖13的附圖標記「a」所示的單位立體當MR＝MG＝MB時變成立方體，但是當不滿足MR＝MG＝MB時，其變成長方體。在以下說明中，由i表示R、G和B的標識。為了正確地進行插值計算，小數坐標frac_coord[i]必須除以區間寬度section[i]以使每一個軸的小數坐標frac_coord[i]歸一化為值g[i]，如圖10的附圖標記「b」所示。
由於最大色調基於在「準備」處理(步驟S302)中計算的比較信號的位深度bw[i]為2bw[i]-1，因此區間寬度section[i]變為(2bw[i]-1)/(2Mi-1)。如以下方程所述，在方程中將(2bw[i]-1)/(2Mi-1)代入方程的g[i]，並進行展開。當由以下方程說明可以通過移位運算和減法來計算的FTMP時，g[i]計算如下。
bw[i]＝Mi×Lisection[i]=2bw[i]-12Mi-1]]>
FTMP[i]＝(frac_coord[i]＜＜Mi)-frac_coord[i]g[i]=frac_coord[i]section[i]]]>=frac_coord[i](1Mi)-1(1bw[i])-1]]>=FTMP[i](1bw[i])-1]]>其中「frac_coord[i]＜＜Mi」表示對frac_coord[i]進行向左移位Mi位的運算。
由於對於各軸比較信號的位深度bw[i]不相同，因此如果他們不統一，則不能進行歸一化。因此，將等於或者大於最大bw[i]的數值W定義為用於歸一化的位深度，並將各軸的加權係數(插值係數)g變換為W位的精度。其結果是，將插值計算的內部計算精度指定為W位。
如果bw[i]足夠大，則如以下方程所示，可以實現近似，僅通過移位運算、加法和減法就能實現歸一化計算。
g[i]=FTMP[i](1bw[i])-1]]>=FTMP[i]1W1W(1bw[i])-1]]>=FTMP[i]1W(1W)+1(1bw[i])-1+1]]>=[FTMP[i]{1W1bw[i]+11bw[i]}]>>W]]>=[FTMP[i](W-bw[i])+FTMP[i]>>bw[i]]>>W]]>(Wbw[i])]]>應當指出，在圖12中的插值計算單元1230中的插值計算(例如方程(1))的最後進行上述方程所述的W位的右移位運算處理，從而保證計算精度。因為該原因，本實施例的「校正」處理(步驟S304)的計算內容由下式說明
g[i]＝FTMP[i]＜＜(W-bw[i]+FTMP[i]＞＞bw[i](W≥bw[i])圖11示出有關本實施例的數據分割單元210和加權係數計算單元240的硬體實現的電路例子。
在本實施例中，可以通過近似來對任意的P位輸入色調和任意的M進行多維插值計算，而不使用任何除法器。
如上所述，根據本實施例，在N維插值計算中參考值RD的總數變為(2M)N，可以使用存儲器有效率地進行LUT的硬體實現。可以通過簡單的移位運算、加法和減法來計算色空間的整數坐標intg_coord和小數坐標frac_coord，而不使用任何除法器或者餘數計算器。
此外，可以將任意的P位輸入色調和任意的M擴展至N維。以這種方式，根據本實施例，可以提供即使對形成LUT的存儲裝置和用於插值計算的計算裝置也能保證小的電路規模的多維插值設備。
根據本實施例的多維插值設備將任意的P位輸入色調和任意的M的全部邊界值預先存儲在例如寄存器等的存儲裝置中。因為該原因，可以計算整數坐標intg_coord而不將輸入數字圖像信號與全部邊界值進行比較。此外，由於將輸入數字圖像信號擴展至與M的倍數相對應的位深度，因此可以通過將輸入數字圖像信號不變地量化為均勻的2M-1個區間來計算整數坐標intg_coord。
其他實施例應當指出，本發明可以應用於要在顯示器的顯示畫面上的矩形區域A-B(陰影區域)上顯示具有2的冪的大小的紋理圖像的情況。下面使用圖16來說明本實施例。通常，在圖形系統中，繪製器(renderer)LSI(繪製硬體)從CPU接收點A和B的坐標作為矩形區域A-B(陰影區域)的頂點，並通過光柵化產生形成矩形區域A-B的像素。接下來，從存儲器參考對應於產生的像素的紋理圖像以確定要在顯示器的顯示畫面上顯示的顏色值，從而將該圖像繪製在顯示畫面上。
使用本發明，可以從存儲器上的紋理圖像容易地讀出要參考的顏色值。首先，如下計算對2P-1的比值Δx和Δy，其中Δx和Δy由P位的值表示Δx＝(Xk-X0)/(X1-X0)×(2P-1)Δy＝(Yk-Y0)/(Y1-Y0)×(2P-1)如圖4所示，提取該數位訊號Δx(Δy)的高M位，將提取的M位重複連接直至達到P位，從而產生P位的比較信號。然後，如圖5所示，將數位訊號Δx(Δy)與比較信號進行比較。當數位訊號Δx(Δy)等於或者大於比較信號時，將提取的M位所表示的值用作歸一化值。當數位訊號Δx(Δy)小於比較信號時，將從提取的M位所表示的值中減去1所得到的值用作歸一化值。
可選擇地，如圖7所示，提取該數位訊號Δx(Δy)的高M位，將提取的M位重複連接L次(L為整數)直至超過P位，從而產生M×L位的比較信號。此外，提取數位訊號Δx(Δy)的高M×L-P位，連接到數位訊號Δx(Δy)的LSB側，從而將數位訊號Δx(Δy)擴展到M×L位。然後，如圖8所示，將擴展後的數位訊號Δx(Δy)與比較信號進行比較。當擴展後的數位訊號Δx(Δy)等於或者大於比較信號時，將提取的M位所表示的值用作歸一化值。當擴展後的數位訊號Δx(Δy)小於比較信號時，將從提取的M位所表示的值中減去1所得到的值用作歸一化值。
在上述處理中計算的歸一化值代表表示要從紋理圖像參考的顏色值(紋理像素值)的紋理坐標，僅需要根據歸一化值讀出存儲器中的紋理圖像，並將其繪製在顯示器的顯示畫面上。
如上所述，不僅在色空間變換中，而且為了計算用於參考存儲器上具有2的冪的大小的紋理圖像的歸一化紋理坐標，都可以使用本發明的歸一化方法。即，根據本發明，當在存儲器上存儲的數據項的數量為2的冪時，可以對輸入數位訊號進行歸一化以變換為要從存儲器參考的歸一化項數，可以參考根據輸入數位訊號的數據。
應當指出，還可以通過向系統或者設備提供記錄有可以實現上述實施例的功能的軟體程序的程序代碼的存儲介質來實現本發明的目的。在這種情況下，當系統或者設備的計算機(或者CPU或者MPU)讀出並執行在存儲介質中存儲的程序代碼時實現上述實施例的功能。應當指出，在這種情況下，存儲有程序代碼的存儲介質構成本發明。
作為用於提供程序代碼的存儲介質，可以使用例如硬碟、光碟、磁光碟、CD-ROM、CD-R、非易失性存儲卡、ROM等。
本發明不限於當計算機執行讀出的程序代碼時實現上述實施例的功能的情況。例如，本發明還包括如下情況在計算機上運行的OS(操縱系統，operating system)按照程序代碼的指令執行部分或者全部實際處理操作來實現上述實施例的功能。
此外，本發明還包括如下情況將從存儲介質讀出的程序代碼寫入插入或者連接到計算機的功能擴展板或者功能擴展單元的存儲器之後，實現上述實施例的功能。即，本發明還包括如下情況將程序代碼寫入存儲器之後，功能擴展板或者功能擴展單元的CPU等執行部分或者全部實際處理操作來實現上述實施例的功能。
雖然參考典型實施例對本發明進行了說明，但是應當理解，本發明不限於公開的典型實施例。所附權利要求的範圍要與最寬的解釋相一致以包含全部這樣的變形、等同結構和功能。
權利要求
1.一種歸一化方法，用於將由二進位計數法表示的P位輸入數位訊號歸一化為2M-1個色調，其中0＜M≤P，所述歸一化方法包括如下步驟重複連接所述輸入數位訊號的高M位直至達到P位；將作為連接步驟的連接結果而得到的連接信號與所述輸入數位訊號進行比較；以及根據比較步驟的比較結果，將所述高M位表示的值或者從所述高M位表示的值中減去1所得到的值確定為歸一化值。
2.根據權利要求1所述的歸一化方法，其特徵在於，還包括如下步驟通過重複連接所述歸一化值直至達到P位來產生第二連接信號；以及將從所述輸入數位訊號中減去所述第二連接信號而得到的值確定為多維插值計算的小數坐標。
3.一種多維插值方法，其在多維插值設備中使用，通過將具有P位輸入色調並由二進位計數法表示的輸入數字圖像信號量化為2M-1個色調來進行色空間變換的多維插值計算，其中0＜M≤P，所述多維插值方法包括如下步驟重複連接所述輸入數字圖像信號的高M位直至達到P位；將作為連接步驟的連接結果而得到的連接信號與所述輸入數字圖像信號進行比較；以及根據比較步驟的比較結果，將所述高M位表示的值或者從所述高M位表示的值中減去1所得到的值確定為量化值。
4.根據權利要求3所述的多維插值方法，其特徵在於，還包括如下步驟通過重複連接所述量化值直至達到P位來產生第二連接信號；以及將從所述輸入數字圖像信號中減去所述第二連接信號而得到的值確定為多維插值計算的小數坐標。
5.一種歸一化方法，用於將由二進位計數法表示的P位輸入數位訊號歸一化為2M-1個色調，其中0＜M≤P，所述歸一化方法包括如下步驟重複L次連接所述輸入數位訊號的高M位直至超過P位，其中L為整數；將所述輸入數位訊號的高M×L-P位連接到所述輸入數位訊號的最低有效位；比較兩個連接步驟的連接結果；以及根據比較步驟的比較結果，將所述高M位表示的值或者從所述高M位表示的值中減去1所得到的值確定為歸一化值。
6.根據權利要求5所述的歸一化方法，其特徵在於，還包括如下步驟根據比較步驟的比較結果，將兩個連接步驟的連接結果之間的差、或者從將表示1的M位的值重複連接L次所產生的值中減去兩個連接步驟的連接結果之間的差所得到的值，確定為多維插值計算的小數坐標。
7.一種多維插值方法，其在多維插值設備中使用，通過將具有P位輸入色調並由二進位計數法表示的輸入數字圖像信號量化為2M-1個色調來進行色空間變換的多維插值計算，其中0＜M≤P，所述多維插值方法包括如下步驟重複L次連接所述輸入數字圖像信號的高M位直至超過P位，其中L為整數；將所述輸入數字圖像信號的高M×L-P位連接到所述輸入數字圖像信號的最低有效位；比較兩個連接步驟的連接結果；以及根據比較步驟的比較結果，將所述高M位表示的值或者從所述高M位表示的值中減去1所得到的值確定為量化值。
8.根據權利要求7所述的多維插值方法，其特徵在於，還包括如下步驟根據比較步驟的比較結果，將兩個連接步驟的連接結果之間的差、或者從將表示1的M位的值重複連接L次所產生的值中減去兩個連接步驟的連接結果之間的差所得到的值，確定為多維插值計算的小數坐標。
9.一種歸一化設備，用於將由二進位計數法表示的P位輸入數位訊號歸一化為2M-1個色調，其中0＜M≤P，所述歸一化設備包括連接單元，用於重複連接所述輸入數位訊號的高M位直至達到P位；比較單元，用於將作為所述連接單元的連接結果而得到的連接信號與所述輸入數位訊號進行比較；以及歸一化值確定單元，用於根據所述比較單元的比較結果，將所述高M位表示的值或者從所述高M位表示的值中減去1所得到的值確定為歸一化值。
10.根據權利要求9所述的歸一化設備，其特徵在於，還包括產生單元，用於通過重複連接所述歸一化值直至達到P位來產生第二連接信號；以及小數坐標確定單元，用於將從所述輸入數位訊號中減去所述第二連接信號而得到的值確定為多維插值計算的小數坐標。
11.一種多維插值設備，通過將具有P位輸入色調並由二進位計數法表示的輸入數字圖像信號量化為2M-1個色調來進行色空間變換的多維插值計算，其中0＜M≤P，所述多維插值設備包括連接單元，用於重複連接所述輸入數字圖像信號的高M位直至達到P位；比較單元，用於將作為所述連接單元的連接結果而得到的連接信號與所述輸入數字圖像信號進行比較；以及量化值確定單元，用於根據所述比較單元的比較結果，將所述高M位表示的值或者從所述高M位表示的值中減去1所得到的值確定為量化值。
12.根據權利要求11所述的多維插值設備，其特徵在於，還包括產生單元，用於通過重複連接所述量化值直至達到P位來產生第二連接信號；以及小數坐標確定單元，用於將從所述輸入數字圖像信號中減去所述第二連接信號而得到的值確定為多維插值計算的小數坐標。
13.一種歸一化設備，用於將由二進位計數法表示的P位輸入數位訊號歸一化為2M-1個色調，其中0＜M≤P，所述歸一化設備包括第一連接單元，用於重複L次連接所述輸入數位訊號的高M位直至超過P位，其中L為整數；第二連接單元，用於將所述輸入數位訊號的高M×L-P位連接到所述輸入數位訊號的最低有效位；比較單元，用於比較所述第一連接單元和所述第二連接單元的連接結果；以及歸一化值確定單元，用於根據所述比較單元的比較結果，將所述高M位表示的值或者從所述高M位表示的值中減去1所得到的值確定為歸一化值。
14.根據權利要求13所述的歸一化設備，其特徵在於，還包括小數坐標確定單元，用於根據所述比較單元的比較結果，將兩個連接單元的連接結果之間的差、或者從將表示1的M位的值重複連接L次所產生的值中減去兩個連接單元的連接結果之間的差而得到的值，確定為多維插值計算的小數坐標。
15.一種多維插值設備，通過將具有P位輸入色調並由二進位計數法表示的輸入數字圖像信號量化為2M-1個色調來進行色空間變換的多維插值計算，其中0＜M≤P，所述多維插值設備包括第一連接單元，用於重複L次連接所述輸入數字圖像信號的高M位直至超過P位，其中L為整數；第二連接單元，用於將所述輸入數字圖像信號的高M×L-P位連接到所述輸入數字圖像信號的最低有效位；比較單元，用於比較所述第一連接單元和所述第二連接單元的連接結果；以及量化值確定單元，用於根據所述比較單元的比較結果，將所述高M位表示的值或者從所述高M位表示的值中減去1所得到的值確定為量化值。
16.根據權利要求15所述的多維插值設備，其特徵在於，還包括小數坐標確定單元，用於根據所述比較單元的比較結果，將兩個連接單元的連接結果之間的差、或者從將表示1的M位的值重複連接L次所產生的值中減去兩個連接單元的連接結果之間的差所得到的值，確定為多維插值計算的小數坐標。
全文摘要
本發明涉及一種歸一化方法、多維插值方法及設備。在用於將由二進位計數法表示的P位輸入數位訊號歸一化為文檔編號H04N1/56GK1925552SQ20061012762
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月31日 優先權日2005年8月31日
發明者伊藤忠幸 申請人:佳能株式會社