專利名稱：影像壓縮與解壓縮裝置以及這些裝置所采用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種影像處理裝置與方法，特別是關(guān)于一種影像壓縮與解壓縮裝置以及這些裝置所采用的方法。
背景技術(shù)：
一般在物理世界中光度(luminosity)的分布范圍可達(dá)100,000∶1，屬于高動(dòng)態(tài)范圍(High Dynamics Range，HDR)；而人眼所能看到的范圍則可達(dá)到10,000∶1。雖然人眼可見(jiàn)的光度分布范圍較物理世界的光度分布范圍小，但實(shí)際上人眼可見(jiàn)的光度分布范圍已相當(dāng)寬廣。因此人眼對(duì)于影像中光度顯示的要求也非常的高。
圖1是顯示一般的三維(three Dimension，3D)繪圖處理系統(tǒng)10。該三維繪圖處理系統(tǒng)10包含一繪圖處理裝置(Graphic processing device)11與一存儲(chǔ)單元12。該繪圖處理裝置11可為一三維繪圖芯片卡。由于該三維繪圖處理系統(tǒng)10是以定點(diǎn)數(shù)(fix point number)(即整數(shù))來(lái)處理并儲(chǔ)存影像資料，因此其在影像的光度表現(xiàn)上僅可表達(dá)0到1之間狹小的動(dòng)態(tài)范圍。以8位的定點(diǎn)數(shù)為例來(lái)說(shuō)明，00000000表示0.0f，而11111111表示1.0f，所以定點(diǎn)數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍即為
。由于定點(diǎn)數(shù)對(duì)于光度所能表現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍過(guò)于狹小，因此三維繪圖處理系統(tǒng)10所繪出的影像將發(fā)生太暗或太亮的問(wèn)題，無(wú)法真正表現(xiàn)出物理世界中影像所呈現(xiàn)的非常細(xì)致的光度分布。結(jié)果，對(duì)于人眼的可見(jiàn)光度范圍來(lái)說(shuō)，三維繪圖處理系統(tǒng)10的繪圖效果是非常差的。
為了解決三維繪圖處理系統(tǒng)10狹小動(dòng)態(tài)范圍的問(wèn)題，學(xué)者專家在文獻(xiàn)中提出了一種利用浮點(diǎn)數(shù)(floating point number)來(lái)處理并儲(chǔ)存影像資料的三維繪圖處理系統(tǒng)20，如圖2A所示。該三維繪圖處理系統(tǒng)20包含一繪圖處理裝置21與一存儲(chǔ)單元22。該繪圖處理裝置21可為一三維繪圖芯片卡。而該三維繪圖處理系統(tǒng)20與三維繪圖處理系統(tǒng)10的運(yùn)作方式與架構(gòu)大致相同，差異為三維繪圖處理系統(tǒng)20是以浮點(diǎn)數(shù)來(lái)處理并儲(chǔ)存影像資料，因此其可表現(xiàn)的光度分布的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)到高動(dòng)態(tài)范圍100,000∶1。
以下詳細(xì)說(shuō)明采用浮點(diǎn)數(shù)表示影像資料可達(dá)到高動(dòng)態(tài)范圍的原因。首先，說(shuō)明浮點(diǎn)數(shù)的定義一般浮點(diǎn)數(shù)的表示式為sign[exp].man(1.1)其中，sign為符號(hào)位，exp為指數(shù)位(exponent)，man為乘數(shù)位(mantissa)。而表示式(1.1)的量值表示式為(-1)^sign*1.man*2^(exp-15)(1.2)假設(shè)有一浮點(diǎn)數(shù)s[5].10，其中s指符號(hào)位sign，exp為五位的指數(shù)位，man為十位的乘數(shù)位。接著，將浮點(diǎn)數(shù)s[5].10代入(1.2)式，則可求得該浮點(diǎn)數(shù)s[5].10的最大值為131008。由此可得知，當(dāng)三維繪圖處理系統(tǒng)20采用浮點(diǎn)數(shù)s[5].10來(lái)處理影像資料時(shí)，其所能表示的最大值為131,008。所以，三維繪圖處理系統(tǒng)20處理的影像資料可以表示到100,000∶1的高動(dòng)態(tài)范圍。結(jié)果，對(duì)于人眼的可見(jiàn)光度范圍來(lái)說(shuō)，三維繪圖處理系統(tǒng)20將表現(xiàn)出非常細(xì)致的光度繪圖效果。
圖2B是顯示圖2A中繪圖處理裝置21的示意圖。該繪圖處理裝置21包含一浮點(diǎn)貼圖加載單元(Floating point texture load unit)21a、一著色器(Shader)21b、以及一參數(shù)調(diào)整單元(parameter adjusting unit)21c。其中，參數(shù)調(diào)整單元21c可為一光柵(Rasterizer)。浮點(diǎn)貼圖加載單元21a讀取原始影像資料(為一般的貼圖影像格式(texture image format))Or。接著，著色器21b接收原始影像資料Or，并對(duì)該原始影像資料Or進(jìn)行著色處理。參數(shù)調(diào)整單元21c接收并調(diào)整著色處理后的原始影像資料Or’，并將調(diào)整后的影像資料At輸出至存儲(chǔ)單元22中。該調(diào)整后的影像資料At是以一般的繪制目標(biāo)影像格式(render target image format)來(lái)加以儲(chǔ)存。且其中，參數(shù)調(diào)整單元21c在調(diào)整著色處理后的原始影像資料Or’時(shí)，是進(jìn)行珈瑪修正(gamma correction)、誤差修正、混色...等動(dòng)作。另外，存儲(chǔ)單元22在儲(chǔ)存該調(diào)整后的影像資料At，會(huì)將其格式由繪制目標(biāo)影像格式轉(zhuǎn)換為貼圖影像格式，藉以加速影像資料的讀取。
由上述的說(shuō)明可得知，三維繪圖處理系統(tǒng)20是利用浮點(diǎn)數(shù)來(lái)存取影像資料，藉以達(dá)成高動(dòng)態(tài)范圍的光度效果。但由于浮點(diǎn)數(shù)所需占去的存儲(chǔ)器空間較原來(lái)的定點(diǎn)數(shù)要大，因此采用浮點(diǎn)數(shù)的方式將嚴(yán)重地導(dǎo)致三維繪圖處理系統(tǒng)20的處理速度減慢、存儲(chǔ)器空間耗盡。例如，當(dāng)繪圖處理裝置21采用一般的ARGB格式(其中A為混色值)來(lái)處理一個(gè)像素P的資料量時(shí)，若以8位(bits)的定點(diǎn)數(shù)來(lái)表示該像素P，則該像素P的資料量為8(位)*4＝32位，所以單一個(gè)像素P所需要的資料量大小只需要32位；但是若以16位的浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示該像素P時(shí)，則該像素P的資料量為16(位)*4＝64位，所以單一個(gè)像素P將占去64位的存儲(chǔ)器空間。因此，相較于定點(diǎn)數(shù)的處理，利用浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示像素將大量的占據(jù)存儲(chǔ)單元的空間。
綜上所述，三維繪圖處理系統(tǒng)20雖然可達(dá)成高動(dòng)態(tài)范圍的光度表示效果，但是由于其在處理影像資料時(shí)采用浮點(diǎn)數(shù)來(lái)處理影像資料，結(jié)果將衍生出因資料量過(guò)大而導(dǎo)致存儲(chǔ)器空間耗盡與整體系統(tǒng)處理速度減慢...等問(wèn)題。
因此，如何提供一種只須處理與儲(chǔ)存少量的資料、但卻可達(dá)成高動(dòng)態(tài)范圍的光度表示效果的三維繪圖處理系統(tǒng)，實(shí)為一急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種影像壓縮與解壓縮裝置以及這些裝置所采用的方法，本發(fā)明的影像壓縮與解壓縮技術(shù)是利用移除影像資料中多余的色度信息，并以僅儲(chǔ)存一共用色度值與多個(gè)亮度值的方式來(lái)減少影像處理的資料量。使得三維繪圖處理系統(tǒng)只須處理與儲(chǔ)存較已知三維繪圖處理系統(tǒng)少的浮點(diǎn)數(shù)影像資料，但仍可達(dá)成同樣的高動(dòng)態(tài)范圍光度表示效果、進(jìn)而減少影像資料所占用的存儲(chǔ)器空間的功效。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供了一種影像壓縮與解壓縮裝置、以及這些裝置所采用的方法。
該影像壓縮裝置包含一浮點(diǎn)貼圖加載單元、一著色器、一RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元、以及一參數(shù)調(diào)整單元。所述浮點(diǎn)貼圖加載單元接收一原始影像資料，且該原始影像資料是以浮點(diǎn)數(shù)表示，并包含N個(gè)(N為正整數(shù))紅(Red，R)綠(Green，G)藍(lán)(Blue，B)三原色像素。著色器接收原始影像資料，并對(duì)原始影像資料中的N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素進(jìn)行著色處理，以產(chǎn)生一著色后影像資料。RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元接收著色后影像資料，計(jì)算出該著色后影像資料中的每一紅綠藍(lán)三原色像素相對(duì)應(yīng)的亮度色度值，并選取N個(gè)像素中具有最小亮度值的像素，且將該像素的色度值作為該N個(gè)像素的共用色度值。而參數(shù)調(diào)整單元接收并調(diào)整N個(gè)亮度值與該一共用色度值的參數(shù)，且將N個(gè)亮度值與該一共用色度值以一壓縮影像資料(以浮點(diǎn)數(shù)表示)儲(chǔ)存至一存儲(chǔ)單元。
而影像解壓縮裝置包含一浮點(diǎn)貼圖加載單元、一YCrCb到RGB解壓縮單元、一著色器、以及一參數(shù)調(diào)整單元。所述浮點(diǎn)貼圖加載單元接收上述壓縮影像資料。YCrCb到RGB解壓縮單元讀取該壓縮影像資料，并分別將壓縮影像資料中的每一亮度值配合該一共用色度值來(lái)加以轉(zhuǎn)換為N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素。接著，著色器對(duì)N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素進(jìn)行著色處理。而參數(shù)調(diào)整單元接收并調(diào)整經(jīng)過(guò)著色處理的N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素，且將調(diào)整后的N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素以一解壓縮影像資料(以浮點(diǎn)數(shù)表示)儲(chǔ)存至一存儲(chǔ)單元。
另外，本發(fā)明的影像壓縮方法，包含下列步驟首先，接收一原始影像資料(浮點(diǎn)數(shù)表示)，該原始影像資料包含多個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素。且計(jì)算出每一像素的亮度-色度值。接著選取上述多個(gè)像素中具有最小亮度值的像素，并將該像素的色度值作為這些像素的共用色度值。最后將多個(gè)像素的所有亮度值與該一共用色度值儲(chǔ)存為一壓縮影像資料(浮點(diǎn)數(shù)表示)。
而本發(fā)明的影像解壓縮方法是用來(lái)解壓縮上述壓縮影像資料。該影像解壓縮方法包含下列步驟首先，讀取壓縮影像資料中的多個(gè)亮度值與該共用色度值。接著分別將每一亮度值配合該共用色度值來(lái)加以轉(zhuǎn)換為多個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素，最后再將這些紅綠藍(lán)三原色像素以一解壓縮影像數(shù)據(jù)(浮點(diǎn)數(shù)表示)儲(chǔ)存至一存儲(chǔ)單元。
本發(fā)明的壓縮、解壓縮裝置與方法是利用降取樣處理來(lái)保留人眼較敏感的亮度信息、移除人眼較不敏感的色度信息來(lái)減少影像處理的資料量，即只儲(chǔ)存影像資料中的共用色度值與全部的亮度值，來(lái)減少影像處理的資料量，并達(dá)成保有已知三維繪圖處理系統(tǒng)原本的高動(dòng)態(tài)范圍光度表示效果、以及加速影像處理效能、減少存儲(chǔ)器空間使用量的功效。


圖1顯示一種已知三維繪圖處理系統(tǒng)的示意圖。
圖2A顯示另一種已知三維繪圖處理系統(tǒng)的示意圖。
圖2B顯示圖2A中的繪圖處理裝置的示意圖。
圖3A顯示本發(fā)明的一種三維繪圖處理系統(tǒng)的示意圖。
圖3B顯示本發(fā)明的一種浮點(diǎn)繪圖壓縮裝置的示意圖。
圖3C顯示本發(fā)明的一種RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元的示意圖。
圖3D顯示本發(fā)明的另一種RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元的示意圖。
圖3E顯示本發(fā)明的一種浮點(diǎn)繪圖解壓縮裝置的示意圖。
圖3F顯示本發(fā)明的一種YCrCb到RGB解壓縮單元的示意圖。
圖4顯示本發(fā)明的一種繪圖處理裝置的示意圖。
圖5顯示本發(fā)明的另一種繪圖處理裝置的示意圖。
圖6顯示本發(fā)明的一種影像壓縮方法的流程圖。
圖7顯示本發(fā)明的一種影像解壓縮方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下參考圖式詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明影像壓縮裝置與解壓縮裝置、以及這些裝置采用的方法。
圖3A是顯示本發(fā)明的一種三維繪圖處理系統(tǒng)30。該三維繪圖處理系統(tǒng)30包含一繪圖處理裝置31與一存儲(chǔ)單元22。且該繪圖處理裝置31包含一浮點(diǎn)繪圖壓縮裝置311與一浮點(diǎn)繪圖解壓縮裝置312。
在一般的情況下，人眼對(duì)于色彩(色度)的變化感覺(jué)較不明顯，些許的變化對(duì)于一般人是不會(huì)有所感覺(jué)的，然而對(duì)于亮度的變化人眼則會(huì)顯得較為敏感。因此，該三維繪圖處理系統(tǒng)30將針對(duì)視覺(jué)上較不敏感的色度值進(jìn)行處理，即利用一共用色度值Cr’Cb’來(lái)取代同一影像資料中所有其它的色度值Cr1Cb1～CrNCbN(不包含Cr’Cb’，且N為正整數(shù))藉以減少色度值Cr1Cb1～CrNCbN的處理時(shí)間、以及其占據(jù)的存儲(chǔ)器空間。
圖3B是顯示圖3A的浮點(diǎn)繪圖壓縮裝置311的示意圖。如圖3B所示，該浮點(diǎn)繪圖壓縮裝置311包含一浮點(diǎn)貼圖加載單元311a、一著色器311b、一RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元(RGB to YCrCb compressor)311c、以及一參數(shù)調(diào)整單元311d。其中，該參數(shù)調(diào)整單元311d可為一光柵。該浮點(diǎn)貼圖加載單元311a由存儲(chǔ)單元22中讀取一原始影像資料Or。且該原始影像資料Or包含N個(gè)RGB三原色像素P1～PN，且原始影像資料Or是以浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示，而其格式為貼圖影像格式(texture image format)。接著，著色器311b接收原始影像資料Or、并對(duì)原始影像資料Or中的N個(gè)RGB三原色像素P1～PN進(jìn)行著色處理，以產(chǎn)生一著色后影像資料Or’。RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元311c接收著色后影像資料Or’、并計(jì)算出該著色后影像資料Or’中的每一RGB三原色像素P1～PN相對(duì)應(yīng)的亮度色度值Y1Cr1Cb1～YNCrNCbN，并選取N個(gè)像素P1～PN中具有最小亮度值YQ的像素PQ(Q為正整數(shù)，1QN)，且將像素PQ的色度值CrQCbQ作為該N個(gè)像素P1～PN的共用色度值Cr’Cb’。參數(shù)調(diào)整單元311d接收N個(gè)像素P1～PN的N個(gè)亮度值Y1～YN與一共用色度值Cr’Cb’、并調(diào)整N個(gè)亮度值Y1～YN與共用色度值Cr’Cb’的參數(shù)，如進(jìn)行珈瑪修正、誤差修正、以及混色處理等其中之一或其組合。且參數(shù)調(diào)整單元311d將調(diào)整后的N個(gè)亮度值Y1～YN與共用色度值Cr’Cb’以一壓縮影像資料Cm儲(chǔ)存至存儲(chǔ)單元22中。其中，壓縮影像資料Cm是以浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示，且其影像格式為繪制目標(biāo)影像格式(rendered target image format)。另外，存儲(chǔ)單元22在儲(chǔ)存該壓縮影像資料Cm后，會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的程序?qū)嚎s影像資料Cm的格式由繪制目標(biāo)影像格式轉(zhuǎn)換為貼圖影像格式，藉以加速影像資料的讀取。
圖3C是顯示RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元311c的一實(shí)施例。該RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元311c包含一RGB到Y(jié)CrCb轉(zhuǎn)換單元311c1與一色度降取樣單元(chroma downsampler)311c2。該RGB到Y(jié)CrCb轉(zhuǎn)換單元311c1，是接收經(jīng)過(guò)著色處理后的著色后影像資料Or’，并計(jì)算出該著色后影像資料Or’中的每一RGB三原色像素P1～PN相對(duì)應(yīng)的亮度色度值Y1Cr1Cb1～YNCrNCbN。接著，色度降取樣單元311c2選取像素P1～PN中具有最小亮度值YQ的像素PQ，并將該像素PQ的色度值CrQCbQ作為該N個(gè)像素P1～PN的共用色度值Cr’Cb’，最后再移除CrQCbQ之外的其它色度值。當(dāng)然，若要再增加壓縮的效果，也可在RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元311c中另外加入一色度截取單元(chroma truncator)311c3，如圖3D所示。該色度截取單元311c3是用以截取共用色度值Cr’Cb’的尾數(shù)，并將截取后的共用色度值Cr’Cb’輸出。
圖3E是顯示圖3A的浮點(diǎn)繪圖解壓縮裝置312的示意圖。該浮點(diǎn)繪圖解壓縮裝置312是用以解壓縮已經(jīng)過(guò)浮點(diǎn)繪圖壓縮裝置311壓縮的壓縮影像資料Cm，以產(chǎn)生一解壓縮影像資料Td。該浮點(diǎn)繪圖解壓縮裝置312包含一浮點(diǎn)貼圖加載單元311a’、一YCrCb到RGB解壓縮單元(YCrCb to RGBdecompressor)312c、一著色器311b’、以及一參數(shù)調(diào)整單元311d’。其中，參數(shù)調(diào)整單元311d’也可為一光柵。
該浮點(diǎn)貼圖加載單元311a’讀取存儲(chǔ)單元22中的壓縮影像資料Cm(浮點(diǎn)數(shù)表示，且為貼圖影像格式)。接著，YCrCb到RGB解壓縮單元312c讀取壓縮影像資料Cm中的N個(gè)亮度值Y1～YN與一共用色度值Cr’Cb’，并分別將每一亮度值Y1～YN配合該共用色度值Cr’Cb’來(lái)加以轉(zhuǎn)換為N個(gè)RGB三原色像素P1～PN。而著色器311b’接收每一RGB三原色像素P1～PN，并對(duì)這些RGB三原色像素P1～PN進(jìn)行著色處理。之后，參數(shù)調(diào)整單元311d’接收并調(diào)整每一經(jīng)過(guò)著色處理后的RGB三原色像素P1～PN的參數(shù)，如進(jìn)行珈瑪修正、誤差修正、以及混色處理等其中之一或其組合，并將調(diào)整后的N個(gè)RGB三原色像素P1～PN以一解壓縮影像資料Td(浮點(diǎn)數(shù)表示，且為繪制目標(biāo)影像格式)儲(chǔ)存至存儲(chǔ)單元22。而同樣地，存儲(chǔ)單元22在儲(chǔ)存該解壓縮影像資料Td后，會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的程序?qū)⒔鈮嚎s影像資料Td的格式由繪制目標(biāo)影像格式轉(zhuǎn)換為貼圖影像格式，藉以加速影像資料的讀取。
需要注意的是，YCrCb到RGB解壓縮單元312c可利用已知技術(shù)的YCrCb到RGB轉(zhuǎn)換單元來(lái)實(shí)施，如圖3F所示。當(dāng)然，也可利用其它具有較佳的轉(zhuǎn)換效果的組件來(lái)實(shí)施。另外，在本實(shí)施例中，繪圖處理裝置31包含了兩個(gè)浮點(diǎn)貼圖加載單元、兩個(gè)著色器、一RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元、一YCrCb到RGB解壓縮單元、以及兩個(gè)參數(shù)調(diào)整單元。當(dāng)然，兩個(gè)浮點(diǎn)貼圖加載單元、著色器以及參數(shù)調(diào)整單元也可分別利用單一個(gè)浮點(diǎn)貼圖加載單元、著色器以及參數(shù)調(diào)整單元來(lái)取代。
以下舉例來(lái)同時(shí)說(shuō)明浮點(diǎn)繪圖壓縮裝置311的降取樣與截取尾數(shù)壓縮處理，以及浮點(diǎn)繪圖解壓縮裝置312相應(yīng)的解壓縮處理，并且在說(shuō)明之前會(huì)先介紹已知的RGB/YCrCb的色度轉(zhuǎn)換與反轉(zhuǎn)換公式。
首先，RGB到Y(jié)CrCb轉(zhuǎn)換的色度轉(zhuǎn)換公式如下Y＝cr*R+cg*G+cb*B (1.3)Cb＝blue_diff*(B-Y)(1.4)Cr＝red_diff*(R-Y) (1.5)其中，R、G、B為三原色輸入值，Y為亮度輸出值，Cr、Cb為色度輸出值；而cr、cg、cb為亮度參數(shù)；blue_diff為藍(lán)色色度參數(shù)，是表示藍(lán)色(B)的偏差程度；red_diff為紅色色度參數(shù)，用以表示紅色(R)的偏差程度。其中，上述參數(shù)部分可動(dòng)態(tài)調(diào)整，由韌體(firmware)來(lái)指定。
接著，YCrCb到RGB轉(zhuǎn)換的色度反轉(zhuǎn)換公式如下B＝Y(jié)+(1/blue_diff)*Cb(1.6)R＝Y(jié)+(1/red_diff)*Cr (1.7)G＝Y(jié)+(-cr/(cg*red_diff))*Cr+(-cb/(cg*blue_diff))*Cb(1.8)其中(1.6)、(1.7)、(1.8)式中的符號(hào)定義已于上述段落中說(shuō)明，因此不再重復(fù)贅述。
舉例說(shuō)明，假設(shè)RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元311c中的RGB到Y(jié)CrCb轉(zhuǎn)換單元311c1接收到四個(gè)RGB三原色像素P1、P2、P3、P4。且這些像素P1到P4的參數(shù)值分別為P1(R1，G1，B1)＝(1000，1200，900)P2(R2，G2，B2)＝(810，900，1090)P3(R3，G3，B3)＝(900，1000，1200)P4(R4，G4，B4)＝(1000，1000，1000)并且RGB到Y(jié)CrCb轉(zhuǎn)換單元311c1通過(guò)韌體將色度轉(zhuǎn)換公式的參數(shù)設(shè)定為cr＝0.3、cg＝0.6、cb＝0.1、blue_diff＝1、以及red_diff＝1。因此可得到色度轉(zhuǎn)換公式T為Y＝0.3R+0.6G+0.1BCb＝1*(B-Y)Cr＝1*(R-Y)接著，RGB到Y(jié)CrCb轉(zhuǎn)換單元311c1將像素P1到P4的參數(shù)值分別代入色度轉(zhuǎn)換公式T，求得像素P1到P4所對(duì)應(yīng)的亮度色度值Y1Cr1Cb1～Y4Cr4Cb4T(R1，G1，B1)＝P1(Y1，Cr1，Cb1)＝(1110，-110，-210)T(R2，G2，B2)＝P2(Y2，Cr2，Cb2)＝(892，-82，198)T(R3，G3，B3)＝P3(Y3，Cr3，Cb3)＝(990，-90，210)T(R4，G4，B4)＝P4(Y4，Cr4，Cb4)＝(1000，0，0)
接著，色度降取樣單元311c2接收亮度色度值Y1Cr1Cb1～Y4Cr4Cb4，并在這些亮度色度值Y1Cr1Cb1～Y4Cr4Cb4之中選取出具有最小亮度值的像素P2(Y2＝892)，并將像素P2的色度值Cr2＝-82，Cb2＝198作為共用色度值Cr’Cb’，且同時(shí)刪除其它的色度值Cr1、Cb1、Cr3、Cb3、Cr4、Cb4，因此共用色度值Cr’Cb’＝(-82，198)。之后，色度截取單元311c3接收亮度值Y1～Y4與共用色度值Cr’Cb’，并截取共用色度值Cr’Cb’＝(-82，198)的尾數(shù)，而得到截取后的共用色度值Cr’Cb’＝(-80，190)。最后，參數(shù)調(diào)整單元311d調(diào)整亮度值Y1～Y4與共用色度值Cr’Cb’的參數(shù)，并將調(diào)整參數(shù)后的亮度值Y1～Y4與共用色度值Cr’Cb’以一壓縮影像資料Cm儲(chǔ)存至存儲(chǔ)單元22。
由此可知，原本繪圖處理裝置31必須將全部的亮度色度值(Y1，Y2，Y3，Y4，Cr1，Cr2，Cr3，Cr4，Cb1，Cb2，Cb3，Cb4)＝(1110，892，990，1000，-110，-82，-90，0，-210，198，210，0)一起處理與儲(chǔ)存，但是經(jīng)過(guò)上述的降取樣、與截取尾數(shù)處理，繪圖處理裝置31最后只需處理與儲(chǔ)存亮度色度值(Y1，Y2，Y3，Y4，Cr’，Cb’)＝(1110，892，990，1000，-80，190)于存儲(chǔ)單元22中。依此方式，通過(guò)色度降取樣單元311c2的降取樣處理，繪圖處理裝置31即可不耗費(fèi)時(shí)間處理共用色度值Cr’Cb’之外的其它色度值，而加速處理效能、并減少存儲(chǔ)單元22空間的浪費(fèi)。同時(shí)，利用色度截取單元311c3來(lái)截取共用色度值Cr’Cb’的尾數(shù)，則可以節(jié)省更多的存儲(chǔ)器空間的使用。
另一方面，在解壓縮處理時(shí)，浮點(diǎn)繪圖解壓縮裝置312利用浮點(diǎn)貼圖加載單元311a’由存儲(chǔ)單元22中讀取壓縮影像資料Cm，其中該壓縮影像資料Cm包含亮度色度值(Y1，Y2，Y3，Y4，Cr’，Cb’)＝(1110，892，990，1000，-80，190)。而YCrCb到RGB解壓縮單元312c在接收該壓縮影像資料Cm的同時(shí)，利用韌體將色度反轉(zhuǎn)換公式的參數(shù)設(shè)定為cr＝0.3、cg＝0.6、cb＝0.1、blue_diff＝1、以及red_diff＝1。來(lái)得到色度反轉(zhuǎn)換公式T’B＝Y(jié)+1*CbR＝Y(jié)+1*Cr
G＝Y(jié)+(-0.3/(0.6*1))*Cr+(-0.1/0.6*1))*Cb接著，該YCrCb到RGB解壓縮單元312c將亮度色度值Y1，Y2，Y3，Y4，Cr’以及Cb’代入色度反轉(zhuǎn)換公式T’，即可得到RGB三原色像素P1’、P2’、P3、P4’T’(Y1，Cr’，Cb’)＝P1’(R1，G1，B1)＝(1030，1118，1300)T’(Y2，Cr’，Cb’)＝P2’(R2，G2，B2)＝(812，900，1082)T’(Y3，Cr’，Cb’)＝P3’(R3，G3，B3)＝(910，998，1180)T’(Y4，Cr’，Cb’)＝P4’(R4，G4，B4)＝(920，1008，1190)之后，經(jīng)過(guò)著色器311b’與參數(shù)調(diào)整單元311d’的處理后，參數(shù)調(diào)整單元311d’將RGB三原色像素P1’、P2’、P3’、P4’以一解壓縮影像數(shù)據(jù)Td儲(chǔ)存至存儲(chǔ)單元22。依此方式，浮點(diǎn)繪圖解壓縮裝置312可以直接將亮度值Y1～Y4配合共用色度值Cr’Cb’來(lái)轉(zhuǎn)換出與最初的原始影像資料Or的畫(huà)質(zhì)幾乎相同的影像，并提供給其它影像處理裝置、或顯示裝置使用。
經(jīng)過(guò)上述的推論與研發(fā)人員實(shí)務(wù)的驗(yàn)證，本發(fā)明的三維繪圖處理系統(tǒng)30通過(guò)浮點(diǎn)繪圖壓縮裝置311執(zhí)行降取樣處理來(lái)保留人眼較敏感的亮度信息，移除人眼較不敏感的色度信息、并采用截取共用色度值Cr’Cb’的尾數(shù)來(lái)再次減少色度信息的資料量，以及利用浮點(diǎn)繪圖解壓縮裝置312來(lái)進(jìn)行解壓縮處理，即可達(dá)成保有已知三維繪圖處理系統(tǒng)20原本的高動(dòng)態(tài)范圍光度表示效果，并且還能夠解決已知技術(shù)的問(wèn)題達(dá)成減少存儲(chǔ)器空間使用量的功效。
另外，如圖4所示，在本發(fā)明的繪圖處理裝置31中還可包含一浮點(diǎn)貼圖預(yù)載單元(pre-load texture unit)313。該浮點(diǎn)貼圖預(yù)載單元313是用以接收由中央處理單元41輸出、并通過(guò)北橋(North bridge)42傳送的控制信號(hào)。而浮點(diǎn)貼圖預(yù)載單元313在接收到該信號(hào)后，立即通知存儲(chǔ)單元22將中央處理單元41指定的影像資料輸出至繪圖處理裝置31。而如圖5所示，本發(fā)明的繪圖處理裝置31中還可包含一后續(xù)處理單元314，該后續(xù)處理單元是用以將處理完成的影像資料輸出至外部的顯示單元51。
圖6是顯示本發(fā)明的一種影像壓縮方法的流程圖。該影像壓縮方法包含下列步驟步驟S602開(kāi)始。
步驟S604接收原始影像資料，且該原始影像資料包含多個(gè)RGB三原色像素。
步驟S606計(jì)算出每一像素的亮度-色度值。
步驟S608選取這些像素中具有最小亮度值的像素，并將該像素的色度值作為這些像素的共用色度值。
步驟S610截取該共用色度值的尾數(shù)。
步驟S612將這些像素的所有亮度值與該共用色度值以一壓縮影像資料儲(chǔ)存至一存儲(chǔ)單元。
步驟S614結(jié)束。
而圖7是顯示與圖6影像壓縮方法相對(duì)應(yīng)的影像解壓縮方法，該影像解壓縮方法包含下列步驟步驟S702開(kāi)始。
步驟S704由一存儲(chǔ)單元中讀取一壓縮影像資料，且該壓縮影像資料包含多個(gè)亮度值與一共用色度值。
步驟S706分別將每一亮度值配合該共用色度值，來(lái)加以轉(zhuǎn)換為多個(gè)RGB三原色像素。
步驟S708結(jié)束。
需要注意的是，在本實(shí)施例中，本發(fā)明的影像壓縮、解壓縮裝置與方法是用以處理三維影像資料；而在另一實(shí)施例中本發(fā)明的影像壓縮、解壓縮裝置與方法也可用來(lái)處理一維(one Dimension，1D)與二維(two Dimension，2D)的影像資料。
以上雖以實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此限定本發(fā)明的范圍，只要不脫離本發(fā)明的要旨，該行業(yè)者可進(jìn)行各種變形或變更。
權(quán)利要求
1.一種影像壓縮裝置，其特征在于包含一浮點(diǎn)貼圖加載單元，接收一原始影像資料，且該原始影像資料包含N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素，N為正整數(shù)；一著色器，接收前述原始影像資料，并對(duì)該原始影像資料中的N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素進(jìn)行著色處理，以產(chǎn)生一著色后影像資料；一RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元，接收前述著色后影像資料，計(jì)算出該著色后影像資料中的每一紅綠藍(lán)三原色像素相對(duì)應(yīng)的亮度色度值，并選取前述N個(gè)像素中具有最小亮度值的像素，且將該像素的色度值作為該N個(gè)像素的共用色度值；以及一參數(shù)調(diào)整單元，接收并調(diào)整前述N個(gè)像素的N個(gè)亮度值與該共用色度值的參數(shù)，且將該N個(gè)亮度值與該共用色度值以一壓縮影像資料儲(chǔ)存至一存儲(chǔ)單元；其中，前述原始影像資料與前述壓縮影像資料是以浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示。
2.如權(quán)利要求1所述的影像壓縮裝置，其特征在于，前述RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元包含一RGB到Y(jié)CrCb轉(zhuǎn)換單元，接收前述著色后影像資料，并計(jì)算出該著色后影像資料中的每一紅綠藍(lán)三原色像素相對(duì)應(yīng)的亮度色度值；以及一色度降取樣單元，選取前述N個(gè)像素中具有最小亮度值的像素，并將該像素的色度值作為該N個(gè)像素的共用色度值。
3.如權(quán)利要求2所述的影像壓縮裝置，其特征在于，前述RGB到Y(jié)CrCb壓縮單元還包含一色度截取單元，該色度截取單元是用以截取前述共用色度值的尾數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的影像壓縮裝置，其特征在于，該影像壓縮裝置是用以處理一維、二維、或三維影像資料。
5.一種影像解壓縮裝置，用來(lái)解壓縮一壓縮影像資料，該壓縮影像資料包含N個(gè)像素的N個(gè)亮度值與一共用色度值，N為正整數(shù)，其特征在于，該影像解壓縮裝置包含一浮點(diǎn)貼圖加載單元，接收前述壓縮影像資料；一YCrCb到RGB解壓縮單元，讀取前述壓縮影像資料，并分別將該壓縮影像資料中的每一亮度值配合該共用色度值來(lái)加以轉(zhuǎn)換為N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素；一著色器，用以對(duì)前述N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素進(jìn)行著色處理；以及一參數(shù)調(diào)整單元，接收并調(diào)整經(jīng)過(guò)著色處理的前述N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素，且將調(diào)整后的該N個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素以一解壓縮影像數(shù)據(jù)儲(chǔ)存至一存儲(chǔ)單元；其中，前述壓縮影像資料與前述解壓縮影像資料是以浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示。
6.如權(quán)利要求5所述的影像解壓縮裝置，其特征在于，該影像解壓縮裝置是用以處理一維、二維、或三維影像資料。
7.一種影像壓縮方法，其特征在于包含下列步驟接收一原始影像資料，該原始影像資料包含多個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素；計(jì)算出前述每一像素的亮度色度值；影像壓縮步驟，選取前述多個(gè)像素中具有最小亮度值的像素，并將該像素的色度值作為這些像素的共用色度值；以及將前述多個(gè)像素的所有亮度值與該共用色度值儲(chǔ)存為一壓縮影像資料；其中，前述原始影像資料與前述壓縮影像資料是以浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示。
8.如權(quán)利要求7所述的影像壓縮方法，其特征在于，前述影像壓縮步驟還包含截取前述共用色度值的尾數(shù)。
9.如權(quán)利要求7所述的影像壓縮方法，其特征在于，該方法是用以處理一維、二維、或三維影像資料。
10.一種影像解壓縮方法，用來(lái)解壓縮一壓縮影像資料，該壓縮影像資料包含多個(gè)亮度值與一共用色度值，其特征在于，該影像解壓縮方法包含下列步驟讀取前述壓縮影像資料中的多個(gè)亮度值與一共用色度值；以及分別將前述每一亮度值配合該共用色度值來(lái)加以轉(zhuǎn)換為多個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素；其中，前述壓縮影像資料是以浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示。
11.如權(quán)利要求10所述的影像解壓縮方法，其特征在于，前述多個(gè)紅綠藍(lán)三原色像素是以一解壓縮影像數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于一存儲(chǔ)單元中，且該解壓縮影像數(shù)據(jù)是以浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示。
12.如權(quán)利要求10所述的影像解壓縮方法，其特征在于，該方法是用以處理一維、二維、或三維影像資料。
全文摘要
一種影像壓縮與解壓縮裝置以及這些裝置所采用的方法。本發(fā)明的影像壓縮與解壓縮技術(shù)是利用移除影像資料中多余的色度信息，并以僅儲(chǔ)存一共用色度值與多個(gè)亮度值的方式來(lái)減少影像處理的資料量。使得三維繪圖處理系統(tǒng)只須處理與儲(chǔ)存較已知三維繪圖處理系統(tǒng)少的浮點(diǎn)數(shù)影像資料，但仍可達(dá)成同樣的高動(dòng)態(tài)范圍光度表示效果、進(jìn)而減少影像資料所占用的存儲(chǔ)器空間的功效。
文檔編號(hào)H04N1/64GK101072290SQ20061007748
公開(kāi)日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2006年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月8日
發(fā)明者吳鴻偉 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司