CN100442856C

CN100442856C - 高速影像信号的高频低频预测运算装置及方法

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Publication number: CN100442856C
Application number: CNB2004100884649A
Authority: CN
Inventors: 纪富中
Original assignee: Ali Corp
Current assignee: Ali Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: CN1767651A

Abstract

一种高速影像信号的高频低频预测运算装置及方法，是指一种使用于运动图像专家群组规格四(MPEG4)和DivX的影像信号的高频低频预测运算装置及方法。该高速影像信号的高频低频预测运算装置包括有一预测参数、一查表参数计算电路、一乘法器、一控制电路以及一加法器。该高速影像信号的高频低频预测运算装置可以用简单而低成本的结构，以更高的译码效率达到运动图像专家群组规格四(MPEG4)的影像信号的高频低频预测运算。

Description

高速影像信号的高频低频预测运算装置及方法

技术领域

本发明涉及一种高速影像信号的高频低频预测运算装置及方法，尤指一种使用于运动图像专家群组规格四(MPEG4)和DivX(该DivX是由Microsoft的MPEG-4 V3影像格式配合MP3或Windows Media Audio V2音效结合而成的一种影像编码规格)的影像信号的高频低频预测运算装置及方法。

背景技术

在运动图像专家群组规格四(MPEG4)和DivX的影像信号编码技术中，会利用到相邻的区块(Block)中，其低频成分(DC)和高频成分(AC)具有一定的相似性，于是把这个特性拿来应用编码，利用微分脉码调变(DifferentialPulse Code Modulation--DPCM)的方法去编码，如此一来可以大大的减少压缩出来的位信息流(Bit stream)，在运动图像专家群组规格四(MPEG4)和DivX的规格(Spec)中规定，在译码时，首先要先解出这个区块(Block)的低频成分(DC)和高频成分(AC)的差值，接下来从上方和左方的区块(Block)去寻找预测值，在决定了预测值之后，接下来就套用到下面的公式来运算。

就低频成分(DC)的预测值如下：

QFx[0][0]＝PQFx[0][0]+Fc[0][0]//dc_scaler

就高频成分(AC)的预测值如下：

QFx[v][0]＝PQFx[v][0]+Qfa[v][0]*Qpa//QPx(for v＝1 to 7)

QFx[0][u]＝PQFx[0][u]+Qfc[0][u]*Qpc//QPx(for u＝1 to 7)

其中，PQFx[0][0]为译码后的差值，而Fc[0][0]为预测值乘于对应于自己区块的低频放大系数(dc_scaler)，而低频放大系数(dc_scaler)是根据这个宏区块(Macroblock)所译码出来的量化值所决定。

如图1所示，为公知的影像信号的高频低频预测运算装置。首先，会先利用一个乘法电路10将参数表14和参数表16做乘法的运算，然后再利用一个除法电路12将乘法电路的结果和参数表18做除法的运算，另外，在运动图像专家群组规格四(MPEG4)和DivX的规格中规定，PQFx[v][0]或是PQFx[0][u]，其精确度要求要达到-2048至2048，因此，必须以12个位元(bit)来表达，以一个高频低频预测运算的除法电路来看，必须要花费12个循环(Cycles)来做运算，而且一个区块需做一次的低频和7次的高频预测运算，如此一来，如果只用一个乘法和一个除法电路来处理高频低频预测运算，其总共要花费96个循环(Cycles)，这还只是一个区块(Block)而已，也就是说，如果以一个宏区块(Macroblock)来计算的话，共要花费576个循环(Cycles)，一个宏区块(Macroblock)包含有6个区块(Block)。如果在高画质电视(HDTV)的应用下，其译码速度显然是不够的，但是如果要应用在高画质电视(HDTV)中，需要把除法器复制成8份，其控制电路和多出来的除法电路将使成本大幅提升。

如图2所示，为公知的另一影像信号的高频低频预测运算装置。该高频低频预测运算装置只利用乘法电路20和外围的电路，包括有三个参数表37、38、39、三个多工器22、24、26、两个缓存器32、34、一个查表36、一个减法器28和一个比较器30，来完成整个计算，不再使用除法电路做除法的运算，其做法为：首先要根据QPx选出相对应的查表36的值，如果是以14位(bit)来计算，而QPx为7时，则表的算法如下：值＝(2^14+QPx/2)/QPx＝2341，接着计算出Qfa*Qpa，然后再把所选到的查表的值和刚刚所计算出来Qfa*Qpa的结果再相乘，然后再除以2的14次方，也就是从第14位(bit14)才开始取值，如此就可以达到一个大约的商值，再拿这个商值去乘于刚刚的QPx和Qfa*Qpa的结果去做减法，求出余数，如果两倍的余数大于或是等于除数的话，则把刚刚所求的商加1，否则最后的答案就是刚刚所求出的商。

以上述的运算来看的话，要做一个区块(Block)的运算，则需要32个循环(Cycles)，因为乘法器只有一个，而一个宏区块(Macroblock)就需要花费192个循环(Cycles)，此种方法其循环数(Cycles)依然偏高，而且控制比较复杂，在高画质电视(HDTV)的应用下，其译码效率依然是不足。

发明人鉴于现有技术的缺失，乃亟思改良创新之见，进而改善上述的缺失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高速影像信号的高频低频预测运算装置及方法，尤指一种使用于运动图像专家群组规格四(MPEG4)和DivX的影像信号的高频低频预测运算装置及方法。该高速影像信号的高频低频预测运算装置可以用简单而低成本的结构，以更高的译码效率达到运动图像专家群组规格四(MPEG4)和DivX的影像信号的高频低频预测运算。

为了达成上述目的，本发明的影像信号的高频低频预测运算装置包括一预测参数，用以输入一第一参数，和一查表参数计算电路，用以计算储存一第二参数和一第三参数，接着用一乘法器，连接于预测参数和查表参数计算电路，用以将第一参数和查表参数计算电路所得的结果做乘法运算。本发明亦包括有一控制电路，连接于乘法器，用以将乘法器的输出做四舍五入判断运算，而补偿计算的误差，以及一加法器，连接于乘法器和控制电路，用以将乘法器的输出和控制电路输出的结果相加，得到影像信号的高频低频预测运算结果。

本发明亦提供一种高速影像信号的高频低频预测运算的方法，其步骤包括有建立参数查表，该建立参数查表的参数是根据影像信号的高频低频预测运算的规格，接着做乘法运算，将建立参数查表的参数与另一参数做乘法运算。再来进行补偿运算误差，将乘法运算的结果做四舍五入的计算，以及做加法运算，是指将该乘法运算的结果和补偿运算误差的结果相加，得到影像信号的高频低频预测运算结果。

附图说明

图1为公知的影像信号的高频低频预测运算装置的电路图。

图2为公知的另一影像信号的高频低频预测运算装置的电路图。

图3为本发明的高速影像信号的高频低频预测运算装置过程中的失真的余数的统计图。

图4A为本发明的高速影像信号的高频低频预测运算装置的查表值的统计图。

图4B为本发明的高速影像信号的高频低频预测运算装置的查表值的统计图。

图5为本发明的高速影像信号的高频低频预测运算装置的电路图。

图6为本发明的高速影像信号的高频低频预测运算方法的流程图。

10 乘法电路

12 除法电路

14、16、18 参数表

20 乘法电路

22、24、26 多工器

28 减法器

30 比较器

32、34 缓存器

36 查表

37、38、39 参数表

40 查表参数计算电路

42 预测参数

44 乘法器

46 控制电路

48 加法器

50 多工器

52 移位加法器

具体实施方式

在本发明的高速影像信号的高频低频预测运算装置中，利用同时做乘除法运算来取代原本的乘法和除法电路，可以大幅的减少运算时间，也可以使得电路的成本变小，从原本的规格来看，需先将第一参数乘以第二参数，再除以第三参数，其算式可化简成：预测值(Pred_value)等于第一参数(coef)乘以第二参数(A)，再除以第三参数(B)，其公式为Pred_value＝coef*A/B。以低频预测来看，其A和B的范围介于1到46之间，而高频预测的A和B的范围介于1到31之间，在数学上Pred_value＝coef*A/B＝coef*(A/B)是相等的，所以把A/B当作是一组已经计算好的表来看的话，则最后的运算只要做一个乘法运算即可。

把第三参数(B)以精确度18位为基准，并计算其失真的余数可得图3，其中第一栏和第三栏为第三参数(B)的值，范围从1到46，第二栏和第四栏为失真的余数，其计算公式为第三参数(B)的表值(tab[B])等于2的18次方，再加上第三参数(B)除以2再除以第三参数(B)，其公式为：tab[B]＝(2^18+(B/2))/B，失真的余数等于2的18次方，再减掉第三参数(B)的表值乘以第三参数(B)，其公式为：失真的余数＝2^18-tab[B]*B。

为了达到高速影像信号的高频低频预测运算的精度要求，需把失真的余数先放大256倍，而得到一个与第三参数(B)有关的查表值，如图4A、图4B，第一栏为第三参数(B)的值，第二栏为失真的余数放大256倍除以第三参数(B)，第三栏为第三参数(B)的表值(tab[B])，第四栏为本发明建立的以第三参数(B)为基准的查表值，是由失真的余数放大256倍除以第三参数(B)再加上第三参数(B)的表值所构成，其公式为：tab[B]*256+失真的余数*256/B，共46组。

请参照图5所示，为本发明的高速影像信号的高频低频预测运算装置。该高速影像信号的高频低频预测运算装置包括一预测参数42，用以输入一第一参数(coef)，和一查表参数计算电路40，用以计算储存一第二参数(A)和第三参数(B)，其中该查表参数计算电路40，更包括有一多工器50，该多工器50的输入为一建立的以第三参数(B)为基准的查表值，共46组，如图4的第四栏。和一移位加法器52，是连接于多工器50，用移位加法器52运算多工器50的输出和一第二参数(A)，其效果等同多工器50的输出乘以第二参数，其中该多工器50的输入为46个，且在计算时需放大256倍，用以补偿计算时的失真的余数，且多工器50的输出需为26个位元，以符合影像信号的高频低频预测运算精确度的要求，并且该移位加法器52会将结果右移8个位元，等同于除以256，以复原其大小。

本发明的高速影像信号的高频低频预测运算装置亦包括有一乘法器44，连接于预测参数42和查表参数计算电路40，用以将预测参数42的第一参数和查表参数计算电路40所得结果做乘法运算，其中乘法器44为35位，和包括有一控制电路46，连接于乘法器44，用以将乘法器44的输出做四舍五入的判断运算，而补偿计算的误差，其中该控制电路46做四舍五入的判断运算时，只需用到乘法器44的输出的第10到17位，共8个位元。最后再用一加法器48，该加法器48连接于乘法器44和控制电路46，用以将乘法器44的输出和控制电路46输出的结果相加，而得到影像信号的高频低频预测运算结果。

请参照图6所示，为本发明的高速影像信号的高频低频预测运算的方法，其步骤包括有建立参数查表S100，该建立参数查表的参数是根据影像信号的高频低频预测运算的规格，计算储存一第二参数和一第三参数而建立。如上述图4的第四栏再乘以第二参数(A)，其公式为：tab[B]*256+失真的余数放大256倍/B后，再乘以第二参数(A)，其中该建立参数查表在计算时需放大256倍，用以补偿计算时的失真的余数，其中该建立参数查表需为26个位元，以符合影像信号的高频低频预测运算精确度的要求，其中建立参数查表的输出需再除以256，以恢复原数值的大小。接着做乘法运算S102，将该建立参数查表的参数与第一参数做乘法运算，其中乘法运算需用35位，在做乘法运算S102之后，需补偿运算误差S104，将乘法运算的结果做四舍五入的计算，其中该补偿运算误差只需用到乘法运算的输出的第10到17位，共8个位元，其四舍五入的判断方法为当预测值为正的时候，且当位17为1，或是当第三参数(B)为奇数且位17到11为0111111时，或是当预测值为负的时候，且位17为1或是位17到10为01111111时，则控制电路的输出为1，否则输出为0。以及做加法运算S106，是指将乘法运算的结果和控制电路输出的结果相加，得到影像信号的高频低频预测运算结果。

惟以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即拘限本发明的权利要求范围，因此任何熟悉此项技艺者在本发明的领域内，所实施的变化或修饰皆被涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种高速影像信号的高频低频预测运算装置，其特征在于，该装置包括：

一预测参数，用以输入一第一参数；

一查表参数计算电路，用以计算储存一第二参数和一第三参数；

一乘法器，连接于该预测参数和该查表参数计算电路，用以将该第一参数和该查表参数计算电路所得的结果做乘法运算；

一控制电路，连接于该乘法器，用以将该乘法器的输出做四舍五入的判断，进而补偿计算的误差；以及

一加法器，连接于该乘法器和该控制电路，用以将该乘法器的输出和该控制电路的输出的结果相加，得到影像信号的高频低频预测运算结果。

2.按照权利要求1所述的高速影像信号的高频低频预测运算装置，其特征在于，该乘法器为35位，而该控制电路做四舍五入的判断运算时，只需用到该乘法器的输出的第10到17位，共8个位元。

3.按照权利要求1所述的高速影像信号的高频低频预测运算装置，其特征在于，该查表参数计算电路，包括有：

一多工器，该多工器的输入为一以该笫三参数为基准的查表值；

一移位加法器，连接于该多工器，该移位加法器运算该多工器的输出和该第二参数，其效果等同该多工器的输出乘以该第二参数。

4.按照权利要求3所述的高速影像信号的高频低频预测运算装置，其特征在于，该多工器的输入为笫三参数以精确度18位为基准，并加上失真的余数，用以补偿计算时的失真的余数，且在计算时需放大256倍，达到高速影像信号的高频低频预测运算的精度要求，而该移位加法器会将结果右移8个位元，等同于除以256，以复原其大小。

5.按照权利要求3所述的高速影像信号的高频低频预测运算装置，其特征在于，该多工器的输入为46个，该多工器的输出为26个位元，以符合影像信号的交流直流预测运算精确度的要求。

6.一种高速影像信号的高频低频预测运算的方法，其特征在于，该方法的步骤包括：

建立参数查表，该建立参数查表的参数是根据影像信号的高频低频预测运算的规格，计算储存一第二参数和一第三参数而建立；

做乘法运算，将该建立参数查表的参数与一第一参数做乘法运算；

补偿运算误差，将该乘法运算的结果做四舍五入的计算；以及

做加法运算，是指将该乘法运算的结果和控制电路输出的结果相加，得到影像信号的高频低频预测运算结果。

7.按照权利要求6所述的高速影像信号的高频低频预测运算的方法，其特征在于，该建立参数查表在计算时需放大256倍，以达到高速影像信号的高频低频预测运算的精度要求，该建立参数查表的输出需除以256，以恢复原数值的大小。

8.按照权利要求6所述的高速影像信号的高频低频预测运算的方法，其特征在于，该建立参数查表须为26个位元，以符合影像信号的高频低频预测运算精确度的要求。

9.按照权利要求6所述的高速影像信号的高频低频预测运算的方法，其特征在于，该做乘法运算为35位。

10.按照权利要求6所述的高速影像信号的高频低频预测运算的方法，其特征在于，该补偿运算误差只需用到该乘法运算的输出的第10到17位，共8个位元，其方法为当预测值为正的时候，且位17为1，或是当该第三参数为奇数，且位17到11为0111111时，或是当预测值为负的时候，且位17为1或是位17到10为01111111时，则控制电路的输出为1，否则输出为0。